电力电子技术-2.4_MOSFET.pptxVIP

1-1 2.4.3 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）  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 。 电力场效应晶体管 1-2 普通场效应晶体管基本结构与工作原理回顾 自然状态：两个反向连接的NP结，漏源截止 1-3 栅极正偏,VT，形成耗尽层。 栅P间电场使P区空穴远离P区靠绝缘层侧，余下带负电原子。形成耗尽层，少量自由电子也向耗尽层移动，但数量很少不能形成漏源电流。 1-4 栅极正偏VT，大量电子积聚，反型层形成(与薄N层等效)与漏源N＋形成导电沟道，厚度随栅极电压增大而增加。 1-5 漏源电压0,使导电沟道形成电压梯度，反型层厚度从源到漏方向逐渐变薄。漏源电流形成。 漏源电压改变沟道靠漏端厚度，沟道等效电阻改变：可变电阻区 等价于晶体管的饱和导通状态 1-6 漏源电压增加，导电沟道夹断，强电场维持电子流动使夹断区呈薄反型层性质。漏源电压继续增加，反型层最小厚度向源区移动，电场强度增加使电子流速加快，达到一定数值后，进入饱和 等价于晶体管的放大区 1-7 普通MOSFET的i-V特性 饱和电流由给定栅极电压的沟道最大电流决定。 1-8 电力场效应晶体管 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。 1）电力MOSFET的结构和工作原理 1-9 电力MOSFET的结构 电力MOSFET多子（电子）导电：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。 小功率MOSFET横向导电结构。 电力MOSFET垂直导电结构：VVMOS和VDMOS。 VDMOS：垂直导电双扩散MOS结构。 漂移区提高电力MOSFET反向耐压能力。 采用多元集成结构，不同的生产厂家采用了不同设计。 图1-19 电力MOSFET的结构和电气图形符号 1-10 电力MOSFET的结构 部分产品不含反并联二极管 1-11 1.4.3 电力场效应晶体管 1、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。 2、如果漏源极间加负电源：在实际器件的制造过程中一般有反并联二极管（平面结构的MOSFET没有寄生二极管，垂直结构的都有寄生） 。 图1-19 电力MOSFET的结构和电气图形符号 电力MOSFET的导电机理 1-12 1.4.3 电力场效应晶体管 电力MOSFET的导电机理：漏源极间加正电源，栅源极间Vgs电压为正电压。 1、栅极绝缘不会有电流流过； 2、将栅极下P区中空穴推开，吸引电子到栅极下P区表面； 3、当Vgs大于阀值电压后VT栅极下P区中电子浓度大于空穴浓度，形成N型半导体（反型层），形成导N电沟道， J1消失，源漏极导电。 4、 Vgs大于阀值电压后VT越多，导电能力越强，漏极电流越大。 图1-19 电力MOSFET的结构和电气图形符号 1-13 1.4.3 电力场效应晶体管 电力MOSFET的特性： 1、存在漂移区（低掺杂N区）：承受高压； 2、多子导电，栅极绝缘：无法像电力二极管和GTR在导通时有P区向漂移区注入大量少子形成电导调制效应来减小通态电压和通态损耗。 3、电力MOS管可以通过增加漂移区提高耐压等级，但是通态电阻增大，通态损耗增加。 图1-19 电力MOSFET的结构和电气图形符号 1-14 电力MOSFET等效电路 基射短路的寄生三极管V在所有工作状态均关断。漏源电压增大到管雪崩击穿时，雪崩电流在Rb上压降超过0.7V后V将形成二次击穿。二次击穿电压仅为雪崩击穿电压的60％。 1-15 缩短沟道电流路径降低导通电阻 基本沟道位于P区栅极层底部体区。 P区主体与源极短路。即PN＋结短路。PN-N+组成体二极管Db，可流过额定电流。 Db具有很慢的反向恢复特性和高的反向恢复电流峰值。一般作续流二极管。 1-16 COOLMOS 电力场效应管 导通时，大量电子进入N-区，同时，P+区向P-区提供空穴向P-N-结边界堆积，以获得良好的欧姆特性，比常规MOS管降低5倍。 截止时，耗尽层沿PN结物理边界伸展，外电压增加时，耗尽层不会