电力电子电源技术及应用1.3 功率场效应晶体管MOSFET.pptVIP

功率场效应晶体管MOSFET 绝缘栅功率场效应晶体管（Power MOSFET: Power Mental Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）是一种多子导电的单极型电压控制器件，它具有开关速度快、高频性能好、输入阻抗高、驱动功率小、热稳定性优良、无二次击穿、安全工作区宽和跨导线性度高等显著特点，在各类中小功率开关电路中得到极为广泛应用。 一、基本结构与工作原理 1.基本结构 为使漏极、源极之间流过可控的电流，必须具备可控的导电沟道才能实现。 导电沟道是通过绝缘栅施加电压之后感应产生的。 导电沟道与源漏区类型一致，所以N沟道MOSFET栅源之间要加正电压；反之，P沟道MOSFET栅源之间要加负电压。 寄生晶体管等效电路 (a) (b) 电路图形符号 （a）N沟道 （b）P沟道 MOSFET的等效电路及其电路图形符号 二、静态特性 1.输出特性 以栅源电压为参变量， 反映漏极电流 ID 与漏源电压 UDS 间关系的曲线族称为功率MOSFET的输出特性。 输出特性可分为三个区域，即可调电阻区I、 饱和区 Ⅱ 和雪崩区Ⅲ 。 Ⅰ Ⅱ Ⅲ UGS5 UGS4 UGS1 UGS2 UGS3 UDS(V) ID(A) 0 2.转移特性 漏源电压UDS 为常数时，漏极电流ID和栅源电压UGS 之间的关系称为转移特性。 UGS(V) UGS(Th) △UGS △ID ID(A) 二、静态特性 三、动态特性 1.开关特性 2.栅极电荷特性：栅极电荷QG与栅源电压UGS之间的函效关系称为栅极电荷特性。 3.源漏二极管特性：反并联二极管用以提供反向电流通路。手册中都给出它正向导通压降UF（即USD）和反向恢复时间trr的参数值。 4.漏源极的du/dt耐量：为了提高du/dt耐量，防止器件损坏，一般应使负载电感有续流电路。同时还应配以缓冲电路，采用齐纳二极管钳位或DRC抑制电路。 四、安全工作区 在实际工作中必须考虑功率MOSFET的可靠工作范围，这个范围也称为安全工作区。 功率MOSFET开关频率高，经常处于动态过程中。它的安全工作区分为三种情况，即正向偏置安全工作区、开关安全工作区和换向安全工作区。 五、主要参数 主要静态参数 （1）通态电阻Ron：在确定的栅压UGS下，进入饱和区时的直流电阻。功率MOSFET的通态电阻比GTR大，且耐压越高Ron越大。 （2）开启电压UGS（th）：沟道体区表面发生强反型层所需的最低栅极电压，又称阀值电压。UGS（th）随结温升高而下降，具有负的温度系数。 主要静态参数 （3）漏极击穿电压BUDS：即最高工作电压，为了避免器件进入雪崩区而设的极限参数。 （4）栅源击穿电压BUGS：是为了防止绝缘栅层因栅漏电压过高而发生介电击穿而设定的参数。一般栅源电压的极限值为±20 V。 （5）最大漏极电流IDM：表示器件外壳温度在规定范围内的最大电流。 五、主要参数 （6）主要动态参数 极间电容 开关时间 栅极电荷 漏源二极管特性 五、主要参数 六、栅极驱动电路 UGS S1 Ron Roff Ciss S2 + UGS － 1.驱动电路的等效电路 六、栅极驱动电路 2.栅极驱动电路的主要要求 脉冲前后沿要求陡峭； 开通时以低电阻对栅极电容充电，关断时为栅极电荷提供低电阻放电回路，以提高其开关速度； 触发脉冲电压应高于管子的开启电压，截止时能提供负的栅源电压； 驱动电流要具有较大的数值。 TTL ui T2 T1 Rb RL 3.栅极驱动电路示例