《功率場效應(yīng)晶體管》PPT課件.ppt

1、1-1,第三章 電力場效應(yīng)晶體管,分為結(jié)型和絕緣柵型 通常主要指絕緣柵型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET） 簡稱電力MOSFET（Power MOSFET） 結(jié)型電力場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction TransistorSIT）,特點用柵極電壓來控制漏極電流 驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小。 開關(guān)速度快，工作頻率高。 熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。 電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置 。,電力場效應(yīng)晶體管,1-2,第三章 電力場效應(yīng)晶體管,電力MOSFET的種類 按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道。 耗

2、盡型當(dāng)柵極電壓為零時漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道。 增強型對于N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導(dǎo)電溝道。 電力MOSFET主要是N溝道增強型。,1）電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和工作原理,1-3,第三章 電力場效應(yīng)晶體管,電力MOSFET的結(jié)構(gòu),是單極型晶體管。 導(dǎo)電機理與小功率MOS管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別。 采用多元集成結(jié)構(gòu)，不同的生產(chǎn)廠家采用了不同設(shè)計。,圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號,1-4,2.3 電力場效應(yīng)晶體管,小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷?電力MOSFET大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱為VMOSFET（Vertical MOSFET）。 按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的

3、差異，分為利用V型槽實現(xiàn)垂直導(dǎo)電的VVMOSFET和具有垂直導(dǎo)電雙擴散MOS結(jié)構(gòu)的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。 這里主要以VDMOS器件為例進行討論。,電力MOSFET的結(jié)構(gòu),1-5,2.3 電力場效應(yīng)晶體管,截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。 P基區(qū)與N漂移區(qū)之間形成的PN結(jié)J1反偏，漏源極之間無電流流過。 導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓UGS 當(dāng)UGS大于UT時，P型半導(dǎo)體反型成N型而成為反型層，該反型層形成N溝道而使PN結(jié)J1消失，漏極和源極導(dǎo)電 。,圖1-19 電力MOSFET的結(jié)構(gòu)和電氣圖形符號,電力MOSFET的工作原理,1

4、-6,2.3 電力場效應(yīng)晶體管,(1) 靜態(tài)特性 漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性。 ID較大時，ID與UGS的關(guān)系近似線性，曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。,圖1-20 電力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性,2）電力MOSFET的基本特性,1-7,2.3 電力場效應(yīng)晶體管,截止區(qū)（對應(yīng)于GTR的截止區(qū)） 飽和區(qū)（對應(yīng)于GTR的放大區(qū)） 非飽和區(qū)（對應(yīng)GTR的飽和區(qū)） 工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。 漏源極之間有寄生二極管，漏源極間加反向電壓時器件導(dǎo)通。 通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù)，對器件并聯(lián)時的均流有利。,圖1-20電

5、力MOSFET的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性 a) 轉(zhuǎn)移特性 b) 輸出特性,MOSFET的漏極伏安特性：,1-8,2.3 電力場效應(yīng)晶體管,開通過程 開通延遲時間td(on) 上升時間tr 開通時間ton開通延遲時間與上升時間之和 關(guān)斷過程 關(guān)斷延遲時間td(off) 下降時間tf 關(guān)斷時間toff關(guān)斷延遲時間和下降時間之和,a,）,b,),圖1-21 電力MOSFET的開關(guān)過程 a) 測試電路 b) 開關(guān)過程波形 up脈沖信號源，Rs信號源內(nèi)阻， RG柵極電阻， RL負(fù)載電阻，RF檢測漏極電流,(2) 動態(tài)特性,1-9,2.3 電力場效應(yīng)晶體管,MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系。 可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻Rs減小時間常數(shù)，加快開關(guān)速度。 不存在少子儲存效應(yīng)，關(guān)斷過程非常迅速。 開關(guān)時間在10100ns之間，工作頻率可達(dá)100kHz以上，是主要電力電子器件中最高的。 場控器件，靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對輸入電容充放電，仍需一定的驅(qū)動功率。 開關(guān)頻率越高，所需要的驅(qū)動功率越大。,MOSFET的開關(guān)速度,1-10,2.3 電力場效應(yīng)晶體管,3) 電力MOSFET的主要參數(shù),電力MOSFET電壓定額,(1)漏極電壓UDS,(2)漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM,電力MOSFET電流定額,(3)