第2章节电力电子器件new课件幻灯片.pptVIP

2.4.3 电力场效应晶体管 ■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。 ?当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型。 ?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的称为增强型。 ?在电力MOSFET中，主要是N沟道增强型。 */89 2.4.3 电力场效应晶体管 ◆电力MOSFET的结构 ?是单极型晶体管。 ?结构上与小功率MOS管有较大区 别，小功率MOS管是横向导电器件，而 目前电力MOSFET大都采用了垂直导电 结构，所以又称为VMOSFET（Vertical MOSFET），这大大提高了MOSFET器 件的耐压和耐电流能力。 ?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 （Vertical V-groove MOSFET）和具有 垂直导电双扩散MOS结构的DMOSFET （Vertical Double-diffused MOSFET）。 ?电力MOSFET也是多元集成结构。 */89 图2-20 电力MOSFET的结构 和电气图形符号 内部结构断面示意图 b) 电气图形符号 2.4.3 电力场效应晶体管 ◆电力MOSFET的工作原理 ?截止：当漏源极间接正电压，栅极和源极间电压为零时，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。 ?导通 √在栅极和源极之间加一正电压UGS，正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子——电子吸引到栅极下面的P区表面。 √当UGS大于某一电压值UT时，使P型半导体反型成N型半导体，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。 √UT称为开启电压（或阈值电压），UGS超过UT越多，导电能力越强，漏极电流ID越大。 */89 */89 2.4.3 电力场效应晶体管 ■电力MOSFET的基本特性 ◆静态特性 ?转移特性 √指漏极电流ID和栅源间电压 UGS的关系，反映了输入电压和输 出电流的关系 。 √ID较大时，ID与UGS的关系近似 线性，曲线的斜率被定义为 MOSFET的跨导Gfs，即 */89 图2-21 电力MOSFET的 转移特性和输出特性 a) 转移特性 (2-11) √是电压控制型器件，其输入阻 抗极高，输入电流非常小。 2.4.3 电力场效应晶体管 */89 ?输出特性 √是MOSFET的漏极伏安特性。 √截止区（对应于GTR的截止区）、饱和区（对应于GTR的放大区）、非饱和区（对应于GTR的饱和区）三个区域，饱和是指漏源电压增加时漏极电流不再增加，非饱和是指漏源电压增加时漏极电流相应增加。 √工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。 ?本身结构所致，漏极和源极之间形成了一个与MOSFET反向并联的寄生二极管。 ?通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。 图2-21 电力MOSFET的转移特性和输出特性 b) 输出特性 2.4.3 电力场效应晶体管 ◆动态特性 ?开通过程 √开通延迟时间td(on) 电流上升时间tr 电压下降时间tfv 开通时间ton= td(on)+tr+ tfv ?关断过程 √关断延迟时间td(off) 电压上升时间trv 电流下降时间tfi 关断时间toff = td(off) +trv+tfi ?MOSFET的开关速度和其输入 电容的充放电有很大关系，可以降 低栅极驱动电路的内阻Rs，从而减 小栅极回路的充放电时间常数，加 快开关速度。 */89 信号 i D O O O u p t t t u GS u GSP u T t d (on) t r t d (off) t f R s R G R F R L i D u GS u p i D + U E 图2-22 电力MOSFET的开关过程 a)测试电路 b) 开关过程波形 up为矩形脉冲电压信号源，Rs为信号源内阻，RG为栅极电阻，RL为漏极负载电阻，RF用于检测漏极电流。 (a)