电力电子技术第1章电力电子器件.ppt

3、GTR的主要参数(简介) (1)电压参数 电压参数体现了GTR的耐压能力 (2)集电极电流额定值 (3)最大耗散功率 (4)直流电流增益 (5)开关频率 (6)最高结温额定值 1.5 功率场效应晶体管 简称P-MOSFET，电压型全控器件。特点是：控制极静态内阻极高、驱动功率小、工作频率高、热稳定性好、无二次击穿、安全工作区宽等。但P-MOSFET的电流容量小、耐压低、功率不大。 根据导电沟道的类型可分为N沟道和P沟道两类； 根据零栅压时器件的导电状态分为耗尽型和增强型两类。 1.5.1 P-MOSFET的结构和工作原理1、P-MOSFET的结构 P-MOSFET和小功率MOS管导电机理相同，但在结构上有较大的区别。小功率MOS管是一次扩散形成的器件，其栅极G、源极S和漏极D在芯片的同一侧。而P-MOSFET主要采用立式结构，其三个外引电极与小功率MOS管相同，为栅极G、源极S和漏极D，但不在芯片的同一侧。功率场效应管的导电沟道分为N沟道和P沟道，栅偏压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型，栅偏压大于零（N沟道）才存在导电沟道的称为增强型。 下图是P-MOSFET的结构示意图和电气图形符号。 P-MOSFET的结构示意图 P-MOSFET的电气符号 下图是P-MOSFET的电气图形符号，图a表示N沟道功率场效应管，电子流出源极；图b表示P沟道功率场效应管，空穴流入源极。 从结构上看，P-MOSFET还含有一个寄生二极管，该寄生二极管的阳极和阴极就是功率MOSFET的S极和D极，它是与MOSFET不可分割的整体，使P-MOSFET无反向阻断能力。图中所示虚线为寄生二极管。 2、P-MOSFET的工作原理 (1)栅源极电压UGS＝0时，栅极下的P型区表面呈现空穴堆积状态，无法沟通漏源极。即使在漏源之间施加电压，MOS管也不会导通。如图a所示。 (2)当栅源极电压UGS＞0且不够充分时，栅极下面的P型区表面呈现耗尽状态，还是无法沟通漏源，此时MOS管仍保持关断状态。如图b所示。 (3)当栅源极电压UGS达到或超过一定值时，栅极下面的硅表面从P型反型成N型，形成N型沟道把源区和漏区联系起来，从而把漏源沟通，使MOS管进入导通状态。如图c所示。 1.5.2 P-MOSFET的特性和参数(简介) 1、转移特性 转移特性是指在输出特性的饱和区内，UDS维持不变时，UGS与ID之间的关系曲线，如右图所示。转移特性表征器件输入电压对输出电流的控制作用和放大能力。图中UT是P-MOSFET的开启电压(又称阀值电压)。 2、P-MOSFET的输出特性 P-MOSFET输出特性反映的是：当UGS一定时， ID与UDS间的关系曲线族.它分为三个区域，即线性导电区I，饱和恒流区II和雪崩击穿区III。 在线性导电区Ⅰ内，ID与UDS几乎呈线性关系。 在饱和恒流区Ⅱ中，当UGS不变时，ID趋于不变。 当UDS增大至使漏极PN结反偏电压过高，发生雪崩击穿，ID突然增加，此时进入雪崩区Ⅲ，直至器件损坏。 当P-MOSFET用作电子开关时，导通时它必须工作在线性导电区I。P-MOSFET无反向阻断能力，在D-S极间加反向电压时器件导通，可看作是逆导器件。 3、P-MOSFET的开关特性 3、通态平均电压UT（AV） 在规定环境温度、标准散热条件下，元件通以额定电流时，阳极和阴极间电压降的平均值，称通态平均电压（一般称管压降），其数值按下表分组。 组别 A B C D E 通态平均电压（V） UT≤0.4 0.4＜UT≤0.5 0.5＜UT≤0.6 0.6＜UT≤0.7 0.7＜UT≤0.8 组别 F G H I 通态平均电压（V） 0.8＜UT≤0.9 0.9＜UT≤1.0 1.0＜UT≤1.1 1.1＜UT≤1.2 4、维持电流IH 在室温和门极断路时，晶闸管已经处于通态后，从较大的通态电流降至维持通态所必须的最小阳极电流。 5、擎住电流IL 晶闸管从断态转换到通态时移去触发信号之后，要器件维持通态所需要的最小阳极电流。对于同一个晶闸管来说，通常擎住电流IL约为维持电流IH的(2～4)倍。 6、门极触发电流IGT 在室温且阳极电压为6V直流电压时，使晶闸管从阻断到完全开通所必需的最小门极直流电流。 7、门极触发电压UGT 对应于门极触发电流时的门极触发电压。触发电路给门极的电压和电流应适当地大于所规定的UGT和IGT上限，但不应超过其峰值IGFM 和 UGFM。 8、断态电压临界上升率du/ dt 在额定结温和门极断路条件下，不导致器件从断态转入通态的最大电压上升率。过大的断态电压上升率会使晶闸管误导通。 9、通态电流临界上升率di / dt