■分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),简称电力MOSFET(Power MOSFET)。
■电力MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流的,它的特点有:
◆驱动电路简单,需要的驱动功率小。
◆开关速度快,工作频率高。
◆热稳定性优于GTR。
◆电流容量小,耐压低,多用于功率不超过10kW的电力电子装置。
■电力MOSFET的结构和工作原理
◆电力MOSFET的种类
☞按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
☞当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型。
☞对于N(P)沟道器件,栅极电压大于(小于)零时才存在导电沟道的称为增强型。
☞在电力MOSFET中,主要是N沟道增强型。
b) 电气图形符号
◆电力MOSFET的结构
☞是单极型晶体管。
☞结构上与小功率MOS管有较大区别,小功率MOS管是横向导电器件,而目前电力MOSFET大都采用了垂直导电结构,所以又称为VMOSFET (Vertical MOSFET),这大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。
☞按垂直导电结构的差异,分为利用 V型槽实现垂直导电的VVMOSFET (Vertical V-groove MOSFET)和具有垂直导电双扩散MOS结构的DMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET)。
☞电力MOSFET也是多元集成结构
◆电力MOSFET的工作原理
☞截止:当漏源极间接正电压,栅极和源极间电压为零时,P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏,漏源极之间无电流流过。
☞导通
√在栅极和源极之间加一正电压UGS,正电压会将其下面P区中的空穴推开,而将P区中的少子——电子吸引到栅极下面的P区表面。
√当UGS大于某一电压值UT时,使P型半导体反型成N型半导体,该反型层形成N沟道而使PN结J1消失,漏极和源极导电。
√UT称为开启电压(或阈值电压),UGS超过UT越多,导电能力越强,漏极电流ID越大。
电力MOSFET的转移特性
■电力MOSFET的基本特性
◆静态特性
☞转移特性
√指漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系,反映了输入电压和输出电流的关系 。
√ID较大时,ID与UGS的关系近似线性,曲线的斜率被定义为MOSFET的跨导Gfs,即
√是电压控制型器件,其输入阻抗极高,输入电流非常小。
电力MOSFET的输出特性
☞输出特性
√是MOSFET的漏极伏安特性。
√截止区(对应于GTR的截止区)、饱和区(对应于GTR的放大区)、非饱和区(对应于GTR的饱和区)三个区域,饱和是指漏源电压增加时漏极电流不再增加,非饱和是指漏源电压增加时漏极电流相应增加。
√工作在开关状态,即在截止区和非饱和区之间来回转换。
☞本身结构所致,漏极和源极之间形成了一个与MOSFET反向并联的寄生二极管。
☞通态电阻具有正温度系数,对器件并联时的均流有利。
电力MOSFET的测试电路
电力MOSFET的开关过程波形
◆动态特性
☞开通过程
√开通延迟时间td(on)
电流上升时间tr
电压下降时间tfv
开通时间ton= td(on)+tr+ tfv
☞关断过程
√关断延迟时间td(off)
电压上升时间trv
电流下降时间tfi
关断时间toff = td(off) +trv+tfi
☞MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电有很大关系,可以降低栅极驱动电路的内阻Rs,从而减小栅极回路的充放电时间常数,加快开关速度。
☞不存在少子储存效应,因而其关断过程是非常迅速的。
☞开关时间在10~100ns之间,其工作频率可达100kHz以上,是主要电力电子器件中最高的。
☞在开关过程中需要对输入电容充放电,仍需要一定的驱动功率,开关频率越高,所需要的驱动功率越大。
■电力MOSFET的主要参数
◆跨导Gfs、开启电压UT以及开关过程中的各时间参数。
◆漏极电压UDS
☞标称电力MOSFET电压定额的参数。
◆漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM
☞标称电力MOSFET电流定额的参数。
◆栅源电压UGS
☞栅源之间的绝缘层很薄,½UGS½>20V将导致绝缘层击穿。
◆极间电容
☞ CGS、CGD和CDS。
◆漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区。
来源:CSDN
作者:Andres_Lionel
链接:https://blog.csdn.net/qq_41730082/article/details/104165737