功率場效應(yīng)管
功率MOS場效應(yīng)晶體管,即MOSFET,其原意是:MOS(Metal Oxide Semiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體),F(xiàn)ET(Field Effect Transistor場效應(yīng)晶體管),即以金屬層(M)的柵極隔著氧化層(O)利用電場的效應(yīng)來控制半導(dǎo)體(S)的場效應(yīng)晶體管。
功率MOS場效應(yīng)晶體管也分為結(jié)型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),簡稱功率MOSFET(Power MOSFET)。結(jié)型功率場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。其特點是用柵極電壓來控制漏極電流,驅(qū)動電路簡單,需要的驅(qū)動功率小,開關(guān)速度快,工作頻率高,熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR,但其電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。
小功率場效應(yīng)管參數(shù)選型表
烜芯微供應(yīng)小功率場效應(yīng)管,參數(shù)請查看下圖:
3、開關(guān)速度
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(一)小功率場效應(yīng)管的分類
小功率場效應(yīng)管也分為結(jié)型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),簡稱功率MOSFET(Power MOSFET)。結(jié)型功率場效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。
其特點是用柵極電壓來控制漏極電流,驅(qū)動電路簡單,需要的驅(qū)動功率小,開關(guān)速度快,工作頻率高,熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR,但其電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置。
(二)小功率場效應(yīng)結(jié)構(gòu)與特性
功率MOSFET的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣符號如圖1所示;其導(dǎo)通時只有一種極性的載流子(多子)參與導(dǎo)電,是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率場效應(yīng)管管相同,但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別,小功率MOS管是橫向?qū)щ娖骷β蕡鲂?yīng)管大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu),又稱為VMOSFET(Vertical MOSFET),大大提高了MOSFET器件的耐壓和耐電流能力。功率MOSFET為多元集成結(jié)構(gòu),如國際整流器公司(International Rectifier)的HEXFET采用了六邊形單元;
1、靜態(tài)特性
其轉(zhuǎn)移特性和輸出特性如下圖所示。
漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱為MOSFET的轉(zhuǎn)移特性,ID較大時,ID與UGS的關(guān)系近似線性,曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs
MOSFET的漏極伏安特性(輸出特性):截止區(qū)(對應(yīng)于GTR的截止區(qū));飽和區(qū)(對應(yīng)于GTR的放大區(qū));非飽和區(qū)(對應(yīng)于GTR的飽和區(qū))。電力MOSFET工作在開關(guān)狀態(tài),即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。電力MOSFET漏源極之間有寄生二極管,漏源極間加反向電壓時器件導(dǎo)通。電力MOSFET的通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù),對器件并聯(lián)時的均流有利。
2、動態(tài)特性
其測試電路和開關(guān)過程波形如下圖所示。
開通過程;開通延遲時間td(on) —up前沿時刻到uGS=UT并開始出現(xiàn)iD的時刻間的時間段;
上升時間tr— uGS從uT上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時間段;
iD穩(wěn)態(tài)值由漏極電源電壓UE和漏極負(fù)載電阻決定。UGSP的大小和iD的穩(wěn)態(tài)值有關(guān),UGS達(dá)到UGSP后,在up作用下繼續(xù)升高直至達(dá)到穩(wěn)態(tài),但iD已不變。
開通時間ton—開通延遲時間與上升時間之和。
關(guān)斷延遲時間td(off) —up下降到零起,Cin通過Rs和RG放電,uGS按指數(shù)曲線下降到UGSP時,iD開始減小為零的時間段。
下降時間tf— uGS從UGSP繼續(xù)下降起,iD減小,到uGS,關(guān)斷時間toff—關(guān)斷延遲時間和下降時間之和。
3、開關(guān)速度
MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系,使用者無法降低Cin,但可降低驅(qū)動電路內(nèi)阻Rs減小時間常數(shù),加快開關(guān)速度,MOSFET只靠多子導(dǎo)電,不存在少子儲存效應(yīng),因而關(guān)斷過程非常迅速,開關(guān)時間在10—100ns之間,工作頻率可達(dá)100kHz以上,是主要電力電子器件中最高的。
場控器件靜態(tài)時幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對輸入電容充放電,仍需一定的驅(qū)動功率。開關(guān)頻率越高,所需要的驅(qū)動功率越大。