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power mosfet結(jié)構(gòu)電氣符號(hào),電力場(chǎng)效應(yīng)管介紹
  • 發(fā)布時(shí)間:2024-05-21 17:29:46
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power mosfet結(jié)構(gòu)電氣符號(hào),電力場(chǎng)效應(yīng)管介紹
電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管,是一種單極型的電壓控制器件,電力場(chǎng)效應(yīng)管分為結(jié)型和絕緣柵型,通常主要指絕緣柵型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),簡(jiǎn)稱電力MOSFET(Power MOSFET),結(jié)型電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱作靜電感應(yīng)晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。
電力場(chǎng)效應(yīng)管(power mosfet)有自關(guān)斷能力,而且有驅(qū)動(dòng)功率小,開關(guān)速度高、無二次擊穿、安全工作區(qū)寬等特點(diǎn)。由于其易于驅(qū)動(dòng)和開關(guān)頻率可高達(dá)500kHz,特別適于高頻化電力電子裝置,如應(yīng)用于DC/DC變換、開關(guān)電源、便攜式電子設(shè)備、航空航天以及汽車等電子電器設(shè)備中。但因?yàn)槠潆娏魅萘啃?,耐壓低,一般只適用于功率不超過10kW的電力電子裝置 。
電力場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、原理
電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管種類和結(jié)構(gòu)有許多種,按導(dǎo)電溝道可分為P溝道和N溝道,同時(shí)又有耗盡型和增強(qiáng)型之分。在電力電子裝置中,主要應(yīng)用N溝道增強(qiáng)型。
電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)電機(jī)理與小功率絕緣柵MOS管相同,但結(jié)構(gòu)有很大區(qū)別。小功率絕緣柵MOS管是擴(kuò)散形成的器件,導(dǎo)電溝道平行于芯片表面,橫向?qū)щ?。電力?chǎng)效應(yīng)晶體管大多采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu),提高了器件的耐電壓和耐電流的能力。按垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的不同,又可分為2種:V形槽VVMOSFET和雙擴(kuò)散VDMOSFET。
電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管采用多單元集成結(jié)構(gòu),一個(gè)器件由成千上萬個(gè)小的MOSFET組成。N溝道增強(qiáng)型雙擴(kuò)散電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一個(gè)單元的部面圖,如圖1(a)所示。電氣符號(hào),如圖1(b)所示。
結(jié)構(gòu)電氣符號(hào)
電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管有3個(gè)端子:漏極D、源極S和柵極G。當(dāng)漏極接電源正,源極接電源負(fù)時(shí),柵極和源極之間電壓為0,溝道不導(dǎo)電,管子處于截止。如果在柵極和源極之間加一正向電壓UGS,并且使UGS大于或等于管子的開啟電壓UT,則管子開通,在漏、源極間流過電流ID。UGS超過UT越大,導(dǎo)電能力越強(qiáng),漏極電流越大。
結(jié)構(gòu)電氣符號(hào)
電力場(chǎng)效應(yīng)管基本特性
靜態(tài)特性
(1)漏極電流ID和柵源間電壓
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(shí),ID與UGS的關(guān)系近似線性,曲線的斜率定義為跨導(dǎo)Gfs。
(2)MOSFET的漏極伏安特性(即輸出特性):
截止區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的截止區(qū))
飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)于GTR的放大區(qū))
非飽和區(qū)(對(duì)應(yīng)GTR的飽和區(qū))
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。
漏源極之間有寄生二極管,漏源極間加反向電壓時(shí)導(dǎo)通。
通態(tài)電阻具有正溫度系數(shù),對(duì)器件并聯(lián)時(shí)的均流有利。
(3)動(dòng)態(tài)特性
開通過程
開通延遲時(shí)間td(on)
上升時(shí)間tr
開通時(shí)間ton——開通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和
關(guān)斷過程
關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)
下降時(shí)間tf
關(guān)斷時(shí)間toff——關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和
MOSFET的開關(guān)速度
MOSFET的開關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系。
可降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻Rs減小時(shí)間常數(shù),加快開關(guān)速度。
不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng),關(guān)斷過程非常迅速。
開關(guān)時(shí)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(chǎng)控器件,靜態(tài)時(shí)幾乎不需輸入電流。但在開關(guān)過程中需對(duì)輸入電容充放電,仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。
開關(guān)頻率越高,所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。
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