電力�(chǎng)效應(yīng)晶體管是一種單極型的電 壓控制器�,不但有自�(guān)斷能�,而且有驅(qū)�(dòng)功率�,�(kāi)�(guān)速度�,�(wú)二次擊穿, 安全工作區(qū)寬等特點(diǎn).由于其易于驅(qū)�(dòng)和開(kāi)�(guān)頻率可高�(dá) 500kHz,特別適于� 頻化電力電子裝置,如應(yīng)用于 DC/DC 變換,�(kāi)�(guān)電源,便攜式電子設(shè)�,航空 航天以及汽車(chē)等電子電器設(shè)備中�
電力�(chǎng)效應(yīng)晶體管大多采用垂直導(dǎo)電結(jié)�(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)�(gòu)的不�,又可分為2�:V形槽VVMOSFET和雙�(kuò)散VDMOSFET.電力�(chǎng)效應(yīng)晶體管采用多單元集成�(jié)�(gòu),一�(gè)器件由成千上�(wàn)�(gè)小的MOSFET組成.N溝道增強(qiáng)型雙�(kuò)散電力場(chǎng)效應(yīng)晶體管一�(gè)單元的部面圖,如圖1(a)所�.電氣符號(hào),如圖1(b)所�.
電力�(chǎng)效應(yīng)晶體管有3�(gè)端子:漏極D,源極S和柵極G.�(dāng)漏極接電源正,源極接電源負(fù)�(shí),柵極和源極之間電壓為0,溝道不導(dǎo)�,管子處于截止.如果并且使UGS大于或等于管子的�(kāi)啟電壓UT,在柵極和源極之間加一正向電壓UGS,則管子開(kāi)�,在漏,源極間流�(guò)電流ID.UGS超過(guò)UT越大,�(dǎo)電能力越�(qiáng),漏極電流越大.
Power MOSFET 靜態(tài)特性主要指輸出特性和�(zhuǎn)移特�, 與靜�(tài)特性對(duì)�(yīng)的主 要參�(shù)有漏極擊穿電�,漏極額定電壓,漏極額定電流和柵極開(kāi)啟電壓等.
1, 靜態(tài)特�
(1) 輸出特� 輸出特性即是漏極的伏安特�.特性曲�,如圖 2(b)所�.由圖所�(jiàn),輸出 特性分為截�,飽和與非飽和 3 �(gè)區(qū)�.這里飽和,非飽和的概念� GTR 不同. 飽和是指漏極電流 ID 不隨漏源電壓 UDS 的增加而增�,也就是基本保持不�;� 飽和是指� UCS 一定時(shí),ID � UDS 增加呈線性關(guān)系變�.
(2) �(zhuǎn)移特� �(zhuǎn)移特性表示漏極電� ID 與柵源之間電� UGS 的轉(zhuǎn)移特性關(guān)系曲�, 如圖 2(a) 所�. �(zhuǎn)移特性可表示出器件的放大能力, 并且是與 GTR 中的電流增益 β 相似. 由于 Power MOSFET 是壓控器�,因此用跨�(dǎo)這一參數(shù)�(lái)表示.跨導(dǎo)定義� (1) 圖中 UT 為開(kāi)啟電�,只有�(dāng) UGS=UT �(shí)才會(huì)出現(xiàn)�(dǎo)電溝�,�(chǎn)生漏極電� ID
2, �(dòng)�(tài)特�
�(dòng)�(tài)特性主要描述輸入量與輸出量之間的時(shí)間關(guān)�,它影響器件的�(kāi)�(guān)�(guò)�.由于該器件為單極�,靠多�(shù)載流子導(dǎo) �,因此�(kāi)�(guān)速度�,�(shí)間短,一般在納秒�(shù)量級(jí).
Power MOSFET 的動(dòng)�(tài)特�.如圖所�.
Power MOSFET 的動(dòng)�(tài)特性用� 3(a)電路�(cè)�.圖中,up 為矩形脈沖電壓信 �(hào)�;RS 為信�(hào)源內(nèi)�;RG 為柵極電�;RL 為漏極負(fù)載電�;RF 用以檢測(cè)漏極 電流. Power MOSFET 的開(kāi)�(guān)�(guò)程波�,如圖 3(b)所�. Power MOSFET 的開(kāi)通過(guò)�:由于 Power MOSFET 有輸入電�,因此�(dāng)� 沖電� up 的上升沿到來(lái)�(shí),輸入電容有一�(gè)充電�(guò)�,柵極電壓 uGS 按指�(shù)曲線 上升.�(dāng) uGS 上升到開(kāi)啟電� UT �(shí),�(kāi)始形成導(dǎo)電溝道并出現(xiàn)漏極電流 iD.� up 前沿�(shí)刻到 uGS=UT,且開(kāi)始出�(xiàn) iD 的時(shí)�,這段�(shí)間稱(chēng)為開(kāi)通延�(shí)�(shí)� td(on).� �,iD � uGS 的上升而上�,uGS 從開(kāi)啟電� UT 上升� Power MOSFET 臨近飽和區(qū) 的柵極電� uGSP 這段�(shí)�,�(chēng)為上升時(shí)� tr.這樣 Power MOSFET 的開(kāi)通時(shí)�
ton=td(on)+tr(2)
Power MOSFET 的關(guān)斷過(guò)�:�(dāng) up 信號(hào)電壓下降� 0 �(shí),柵極輸入電容上儲(chǔ) 存的電荷通過(guò)電阻 RS � RG 放電,使柵極電壓按指數(shù)曲線下降,�(dāng)下降� uGSP � �(xù)下降,iD 才開(kāi)始減�,這段�(shí)間稱(chēng)為關(guān)斷延�(shí)�(shí)� td(off).此后,輸入電容繼續(xù) 放電,uGS 繼續(xù)下降,iD 也繼�(xù)下降,� uGS<U< SPAN>T �(shí)�(dǎo)電溝道消�,iD=0, 這段�(shí)間稱(chēng)為下降時(shí)� tf.這樣 Power MOSFET 的關(guān)斷時(shí)�
toff=td(off)+tf (3)
從上述分析可�,要提高器件的�(kāi)�(guān)速度,則必須減小開(kāi)�(guān)�(shí)�.在輸入電 容一定的情況�,可以通過(guò)降低�(qū)�(dòng)電路的內(nèi)� RS �(lái)加快�(kāi)�(guān)速度. 電力�(chǎng)效應(yīng)管晶體管是壓控器�,在靜�(tài)�(shí)幾乎不輸入電�.但在�(kāi)�(guān)�(guò)� �,需要對(duì)輸入電容�(jìn)行充放電,故仍需要一定的�(qū)�(dòng)功率.工作速度越快,需 要的�(qū)�(dòng)功率越大.
靜態(tài)參數(shù)
(1) 漏極擊穿電壓 BUD BUD 是不使器件擊穿的極限參數(shù),它大于漏極電壓額定�.BUD 隨結(jié)溫的升高� 升高,這點(diǎn)正好� GTR � GTO 相反.
(2) 漏極額定電壓 UD UD 是器件的�(biāo)�(chēng)額定�.
(3) 漏極電流 ID � IDM ID 是漏極直流電流的額定參數(shù);IDM 是漏極脈沖電流幅�.
(4) 柵極�(kāi)啟電� UT UT 又稱(chēng)閥值電�,是開(kāi)� Power MOSFET 的柵-源電�,它為�(zhuǎn)移特性的特性曲 線與橫軸的交�(diǎn).施加的柵源電壓不能太�,否則將擊穿器�.
(5) 跨導(dǎo) gm gm 是表� Power MOSFET 柵極控制能力的參�(shù). �,電力�(chǎng)效應(yīng)管的�(dòng)�(tài)特性和主要參數(shù)
�(dòng)�(tài)參數(shù)
(1) 極間電容 Power MOSFET � 3 �(gè)極之間分別存在極間電� CGS,CGD,CDS.
(2) 漏源電壓上升� 器件的動(dòng)�(tài)特性還受漏源電壓上升率的限�,�(guò)高的 du/dt 可能�(dǎo)致電路� 能變�,甚至引起器件損壞�
電力�(chǎng)效應(yīng)管的絕緣層易被擊穿是它的致命弱點(diǎn),柵源電壓一般不得超�(guò)± 20V.因此,在應(yīng)用時(shí)必須采用相應(yīng)的保�(hù)措施.通常有以下幾�:
(1) 防靜電擊� 電力�(chǎng)效應(yīng)管的�(yōu)�(diǎn)是有極高的輸入阻�, 因此在靜電較�(qiáng)的場(chǎng)合易� 靜電擊穿.為此,�(yīng)注意:
?、賰?chǔ)存時(shí), �(yīng)放在具有屏蔽性能的容器中, 取用�(shí)工作人員要通過(guò)腕帶良好接地;
?、谠谄骷尤腚娐窌r(shí),工作�(tái)和烙鐵必須良好接�,且烙鐵斷電焊�;
?、蹨y(cè)試器件時(shí),儀器和工作�(tái)都必須良好接�.
(2) 防偶然性震蕩損� �(dāng)輸入電路某些參數(shù)不合適時(shí),可能引志震蕩而造成器件損壞.為此,可在 柵極輸入電路中串入電�.
(3) 防柵極過(guò)電壓 可在柵源之間并聯(lián)電阻或約 20V 的穩(wěn)壓二極管.
(4) 防漏極過(guò)電流 由于�(guò)載或短路都會(huì)引起�(guò)大的電流沖擊,超過(guò) IDM 極限�,此時(shí)必須采用 快速保�(hù)電路使用器件迅速斷�(kāi)主回�
維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��
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