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电气传动与微机控制 sftyikun@ 电气信息系 高满茹 第十二讲 第四章 第二节　交—直—交电压型逆变器的种类和特性 三、 VDMOS逆变器： VDMOS 器件的控制特点，是在栅(G) 极加一电压，则在漏(D) 极与源(S) 极之间会有一个与控制电压有一定关系的电流流过。因此说VDMOS 器件是电压控制电流源器件。 图中T1～T6 是做为主开关器件的VDMOS 管，图中的六只二极管是VDMOS 器件内部寄生的，作为续流二极管，为感性负载ZA、ZB、ZC 中的电流提供续流通路。 对比VDMOS 和GTR，同是自关断器件，那么由VDMOS构成的逆变器与由GTR 构成的逆变器又有什么不同呢？ 第四章 第二节　交—直—交电压型逆变器的种类和特性 1 VDMOS 器件的开关速度 由于VDMOS 器件是依靠多数载流子(电子)传输电流的，因此，可以忽略双极型器件(如GTR )中十分重要的基区渡越效应和电阻效应对开关过程的影响； 加上它不存在双极型器件不可避免的少子(正电荷)存储效应，基上没有反向恢复过程，所以开关速度相当高，可达ns 级。 2 VDMOS 器件的驱动 由伏安特性可以看出，当负载一定时，漏极电流ID 的大小是由栅源电压VGS 的高低来控制的。 当VGS 较小时，VDMOS 的工作点可能在有源区或截止区； 当VGS 较大时，工作点可能在欧姆电阻区。 也就是说控制VDMOS 器件的通断，即控制ID 的有无，与栅源电压的高低有关。 只要栅源电压足够高，VDMOS 器件即处于导通状态；只要栅源电压小于某一定值，VDMOS 就处于断态。 t V GS 0 C = 2700 pF GS i GS 1 i GS 2 i GS 0 t 第四章 第二节　交—直—交电压型逆变器的种类和特性 由右图所示VDMOS 器件的结构图可以看出，在栅源之间有一个电容CGS 。由于这个电容的存在，使得栅源电压VGS 实际上成为了这个电容的充电电压。 VDMOS 器件的结构： 因此VDMOS 的开关速度就与这电容的充电速度直接相关。 栅源电压上升下降速度决定VDMOS 的开关速度 左图所示电路中，改变栅极电阻R 的大小，可以改变栅极驱动电流IGS 。 在VGS上升沿有一个正向充电电流iGS1 ； 在VGS 下降沿有一个放电电流iGS2 。 电流iGS1 足够大，CGS 的充电速度快，VGS 上升的速度就快，则VDMOS 开通速度就快； 电流iGS2 足够大，CGS 的放电速度快，VGS 下降的速度就快，则VDMOS 关断速度就快。 第四章 第二节　交—直—交电压型逆变器的种类和特性 所以说VDMOS 器件所需驱动功率很小，这与GTR 形成了鲜明的对照。 VDMOS 器件所需驱动功率： 在VDMOS 驱动上，只要在其栅源上加一个电压而不是电流，即可控制其通断。 充放电电流的大小，导致VGS 的上升速度的快慢。 为了保证VDMOS 的开关速度，要求其驱动电路的电源要有一定的输出功率，即驱动电源要保证在瞬间能提供足够大的充电电流。 第四章 第二节　交—直—交电压型逆变器的种类和特性 3 VDMOS 器件的失效与保护 下图给出了VDMOS 器件MTH8N90 的安全工作区。该器件的参数为：ID=8A，VDS=900V。 由于VDMOS 导电模式是电子导电，所以其电阻温度系数是正的。因此不存在双极型器件的二次击穿问题。 所以它的安全工作区基上是由功耗限、最大漏电流限、漏源击穿电压限确定的，不必象双极型晶体管那样被二次击穿限切去一大块。 虽然从多子导电这一点分析，VDMOS 没有二次击穿问题，但对器件内部寄生的二极管处理不好，器件也可能产生失效，其表现和双极型器件的二次击穿相似。 第四章 第二节　交—直—交电压型逆变器的种类和特性 4 VDMOS 器件使用时应注意的问题 (1). 防上栅极的静电击穿损坏 因为VDMOS 的输入阻抗很高，如果在CGS 上存储过量的电荷又释放不出去，在栅源间产生过高的电压造成栅源间击穿，使器件损坏，因此要采取相应的措施。 (2). 防止栅极偶然性振荡而产生过电压 由于VDMOS 的栅源间有一个输入电容CGS，这个电容很可能和驱动电路的线路电感间产生谐振，造成栅极过压。对此，可以采取在栅极串接一个几十到几百欧的防振电阻来消除。 为防止逆变器中的VDMOS 器件在开关状态下由于线路电感所产生的过压，应在VDMOS器件的漏源之间加吸收电路。 (3). 安装吸收回路 在器件不使用时，将器件的栅源极短接； 在电路中，在栅源极上并联一对反串联的稳压二极管。 第四章 第二节　交—直—交电压型逆变器的种类和特性 * * * *