电力场效应晶体管简介
电力MOS场效应管-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)。 是一种单极型的电压控制全控型器件。
电力场效应晶体管特点
电力MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流的,它的特点有:
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,多用于功率不超过10kW的电力电子装置。
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。
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a) 内部结构断面示意图
b) 电气图形符号
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
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。
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电力MOSFET的转移特性
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
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是电压控制型器件,其输入阻抗极高,输入电流非常小。
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电力MOSFET的输出特性
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。
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