122 igbt的特性与应用 - 电力电子应用研究室.docVIP

1.2.1 POWER MOSFET的特性與應用 1、實習目的: 　　＜一＞.了解POMER MOSFET之特性。 　　＜二＞.了解POMER MOSFET之驅動電路。 .了解POMER MOSFET之緩衝電路。 2、相關知識: .POWER MOSFET之特性 電力電子元件POWER MOSFET是為一個三端點元件，其三端分別為閘極、源極及汲極，它可分為N通道與P通道兩類，其中又可分為增強型及空乏型兩種，其中增強型N通道之POWER MOSFET因傳導載子為電子，故速度快，ON-OFF轉換時間短。一般POWER M0SFET在應用上均當作功率開開使用，而不當放大器使用。為一電壓驅動型元件，由閘極電壓來控制它的開關狀態。其驅動電路簡單，而驅動所需之功率較低，且因為是單載子元件，沒有儲存電荷移去問題，因比切換速度較快，在導通時汲源極電壓較高，所以容許之額定電流一般均小，所以大部份均被應用在小功率的電路上(如切換式電源供應器，DC/DC電力轉換器)，其切換頻率可高達數MHZ，而切換頻率愈高可愈降低產品之體積。 　　　　　　　 (a) POWER MOSFET構造 (b) POWER MOSFET符號 　　　　　　　 　圖3.1 圖3.2 POWER MOSFET之轉移特性曲線 ＜二＞.R之影醬 : 圖3.3為POWER MOSFET之驅動電路，用一推挽式電晶體對來產生驅動電壓，導通POWER MOSFET時Q1導通，截止POWER MOSFET時，Q2導通，POWER MOSFET的閘源極間存在一個寄生電容，驅動POWER MOSFET必需使輸入寄生電容充電，使得閘極電壓高於Vth(ON)，反之截止POWER MOSFET必須使得輸入寄生電容放電，因此RG之大小，將直接影響POWER MOSFET導通與截止之速度，若工作於電感性負載下且作快速切換時，因其負載存在著電感抗，會造成元件的損壞。雖可加大驅動電阻RG值來改善電壓突波峰值，但卻會造成POMER MOSFET導通及截止延遲現象，因而必須選擇適當的電阻RG值，以避免發生延遲現象，而又能滿足電壓突波在容忍範圍內以兩個反向串聯之齊納二極體加於閘極上，用以保護閘極避免高電壓之破壞。圖3.4所示為其POWER MOSFET之導通與截止波形。 圖3.3 POWER MOSFET驅動電路 　　　　 圖3.4 POWER MOSFET之導通與截止波形 .緩衝電路: 一般而言+V之電壓愈大,截止時VDS上之突波電壓愈明顯,由於電壓突波有時大到足以破壞元件，雖加大閘極電阻可抑制電壓突波產生，但因會嚴重影響到切換時間，所以只有加裝緩衝電路有效抑制電壓突波，使突波能在安全的許可範圍內，且能使元件之切換特性不受太大之影響。圖3.5為緩衝電路之三種型式。 (a) (b) (c) 圖3.5緩衝電路 3 POWER MOSFET閘極驅動電路實驗 3-3-1使用材料 使用零件 零件編號 數量 R1 1K( 1 R 50( 5W 1 R 20、100、1K( 各1 C 0.1( 1 D、D1 1N4001 2 D2 Z-15 1 D3 Z-5 1 Q1 9013 1 Q2 9012 1 POWER MOSFET IRFP 450 SS43 1 電燈泡 DC 18V 1 註 +30V由POWER SUPPLY提供 4接線圖 　　　　　　　圖3.6實習電路 RG影響： (1). 按圖3.2接線，信號產生器調為方波(10V，頻率為3KHz，緩衝電路先不要接。 (2). 改變RG阻值，用示波器觀察它對截止時電壓突波之影響，並將其記錄下來。(+V在實驗室設備允許情況下愈大愈容易看出突波現象,如僅為30V有時看不出突波現象) (3). 改變RG之電阻值，用示波器觀察輸入控制方波與POWER MOS-FET汲-源電壓間之關係，記錄它們的波形並觀察是否會影響導通與截止之暫態時間。 (4). 固定RG為20Ω，用示波器觀察汲-源極電流之關係，並記錄汲源極導通之電壓。 緩衝電路之影響 : 截止緩衝電路大致可分為三型，在此以實驗結果來比較其效果。 .將圖3.5(a)之截止緩衝電路(純C緩衝電路)加到POWER MOSFET，並固定RG 為20歐姆，用示波器 觀察並記錄POMER MOSFET截止瞬間電壓突波。 .將圖3.5 ( b ) 之截止緩衝電路( R-C緩衝電路)加到POWER MOSFET上，重複步驟(1) 之觀察。 .將圖3.5 ( C )之截止緩衝電路( R-D-C緩衝電路)加到