电力MOSFET知识解析
电力MOSFET又名电力场效应晶体管分为结型和绝缘栅型,是利用电场效应来控制半导体中电流的一种半导体器件,故因此而得名。场效应管是一种电压控制器件,只依靠一种载流子参与导电,故又称为单极型晶体管。
通常主要指绝缘栅型中的MOS型(Metal Oxide ?Semiconductor FET),简称电力MOSFET(PowerMOSFET)
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)。
N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同,只是偏置电压的极性和载流子的类型不同而已。由于栅源间加反向电压,所以两侧PN结均处于反向偏置,栅源电流几乎为零。漏源之间加正向电压使N型半导体中的多数载流子-电子由源极出发,经过沟道到达漏极形成漏极电流ID。
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MOSFET的开关速度
MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系。
可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数,加快开关速度。
不存在少子储存效应,关断过程非常迅速。
开关时间在10~100ns之间,工作频率可达100kHz以上,是主要电力电子器件中最高的。
场控器件,静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电,仍需一定的驱动功率。
开关频率越高,所需要的驱动功率越大。
电力MOSFET的主要参数
除跨导Gfs、开启电压UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外还有:
(1)漏极电压UDS——电力MOSFET电压定额
(2)漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM——电力MOSFET电流定额
(3)栅源电压UGS—— UGS?>20V将导致绝缘层击穿 。
(4)极间电容——极间电容CGS、CGD和CDS
特性曲线
1.输出特性曲线
输出特性曲线是栅源电压UGS取不同定值时,漏极电流ID 随漏源电压UDS 变化的一簇关系曲线,各条曲线有共同的变化规律。
UGS越负,曲线越向下移动)这是因为对于相同的UDS,UGS越负,耗尽层越宽,导电沟道越窄,ID越小。输出特性可分为三个区域即可变电阻区、恒流区和击穿区。
可变电阻区:预夹断以前的区域。其特点是,当0<UDS<|VP|时,ID几乎与UDS呈线性关系增长,UGS愈负,曲线上升斜率愈小。在此区域内,场效应管等效为一个受UGS控制的可变电阻。
恒流区:其特点是,当UDS>|VP|时,ID几乎不随UDS变化,保持某一恒定值。ID的大小只受UGS的控制,两者变量之间近乎成线性关系,所以该区域又称线性放大区。
击穿区:右侧虚线以右之区域。此区域内UDS>BUDS,管子被击穿,ID随UDS的增加而急剧增加。
2.转移特性曲线
当UDS一定时,ID与UGS之间的关系曲线称为转移特性曲线。实验表明,当UDS>|VP|后,即恒流区内,ID受UDS影响甚小,所以转移特性通常只画一条。
在工程计算中,与恒流区相对应的转移特性可以近似地用下式表示:Id=Idss(1-Ugs/Vp)(1-Ugs/Vp)
式GS0127中VP≤UGS≤0,IDSS是UGS=0时的漏极饱和电流。
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