电力场效应晶体管

a) 转移特性 b) 输出特性
2 电力场效应晶体管
(2) 动态特性
开通过程
开通延迟时间td(on)
+UE
up
上升时间tr
RL
O
t
开 通 时 间 ton—— 开 通 延迟
时间与上升时间之和
Rs
关断过程
up
RG uGS RF
iD
uuGGSSP
uT
O
iD信号 iD
O td(on) tr
t
td(off) tf
特点——用栅极电压来控制漏极电流
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，一般只适用于功率不超过10kW 的电力电子装置 。
2 电力场效应晶体管
1）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。 耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导 电沟道。 增强型——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。 电力MOSFET主要是N沟道增强型。 DATASHEET
2 电力场效应晶体管
电力MOSFET的工作原理
截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。
– 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。
导电：在栅源极间加正电压UGS
– 当UGS大于UTห้องสมุดไป่ตู้，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反
型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电 。
MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系。 可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数，加快开关速度。 不存在少子储存效应，关断过程非常迅速。 开关时间在10~100ns之间，工作频率可达100kHz以上， 是主要电力电子器件中最高的。 场控器件，静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中 需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率。 开关频率越高，所需要的驱动功率越大。
a) 转移特性 b) 输出特性
2 电力场效应晶体管
MOSFET的漏极伏安特性：
截止区（对应于GTR的截止区） 50 饱和区（对应于GTR的放大区） 40 非饱和区（对应GTR的饱和区） 30
50 非 饱
40 和 区
30
UGS=8V 饱和区 UGS=7V
ID/A ID/A
工作在开关状态，即在截止区和20
2 电力场效应晶体管
电力MOSFET的结构
S
D
D
G
N+ P N+
N+ P N+
沟道
N-
N+
D
G
G
S N沟道
S P沟道
a)
b)
图1-19 电力MOSFET的图结1-1构9 和电气图形符号
是单极型晶体管。
导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别。
采用多元集成结构，不同的生产厂家采用了不同设计。
S
D
D
G
N+ P N+
N+ P N+
沟道
N-
N+
D
G
G
S N沟道
S P沟道
a)
b)
图1-19 电力MOSFET的结构和电气图形符号
图1-19
2 电力场效应晶体管
2）电力MOSFET的基本特性
(1) 静态特性 50
40
漏极电流ID和栅源间电压 30 UGS的关系称为MOSFET 20 的转移特性。
10
非饱和区之间来回转换。
10
漏源极之间有寄生二极管，漏源 0 极间加反向电压时器件导通。
2
UT
46 UGS/V
8
a)
20
UGS=6V
10
UGS=5V
UGS=4V
0 10 20 30 40 50
截止区
UGS=UT=3V
UDS/V
b)
通态电阻具有正温度系数，对器
件并联时的均流有利。
图1-20电力MOSFET的转移特性和输出特性
t
关断延迟时间td(off)
a）
b)
下降时间tf
图1-21 电力MOSFET的开关过程
关 断 时 间 toff——关断延迟 时间和下降时间之和
a) 测试电路 b) 开关过程波形
up—脉冲信号源，Rs—信号源内阻， RG—栅极电阻，
RL—负载电阻，RF—检测漏极电流
2 电力场效应晶体管
MOSFET的开关速度
2 电力场效应晶体管
3) 电力MOSFET的主要参数
除跨导Gfs、开启电压UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外还有： (1) 漏极电压UDS
——电力MOSFET电压定额
(2) 漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM
——电力MOSFET电流定额
(3) 栅源电压UGS
—— UGS>20V将导致绝缘层击穿 。
2 电力场效应晶体管
电力场效应晶体管
分为结型和绝缘栅型 通 常 主 要 指 绝 缘 栅 型 中 的 MOS 型 （ Metal Oxide Semiconductor FET） 简称电力MOSFET（Power MOSFET） 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管 （Static Induction Transistor——SIT）
(4) 极间电容
——极间电容CGS、CGD和CDS
本章小结
主要内容
全面介绍各种主要电 力电子器件的基本结 构、工作原理、基本 特性和主要参数等。
集中讨论电力电子器 件的驱动、保护
电力电子器件类型归纳
单极型：电力MOSFET和 SIT
双极型：电力二极管、晶闸 管、GTO、GTR和SITH
复合型：IGBT和MCT
1 电力场效应晶体管
电力MOSFET的结构
小功率MOS管是横向导电器件。 电 力 MOSFET 大 都 采 用 垂 直 导 电 结 构 ， 又 称 为 VMOSFET（Vertical MOSFET）。 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 和 具 有 垂 直 导 电 双 扩 散 MOS 结 构 的 VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。 这里主要以VDMOS器件为例进行讨论。
ID/A ID/A
50 非 饱
40 和 区
30
UGS=8V 饱和区 UGS=7V
20
UGS=6V
10
UGS=5V
UGS=4V
ID较大时，ID与UGS的关 系近似线性，曲线的斜率
0
2
UT
46 UGS/V
8
a)
0 10 20 30 40 50
截止区
UGS=UT=3V
UDS/V
b)
定义为跨导Gfs。
图1-20 电力MOSFET的转移特性和输出特性
图1-42 电力电子器件分类“树”
分类：DATASHEET