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二極管、三極管、MOS管、橋堆

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    • 發(fā)布時(shí)間:2019-08-29 11:01:43
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    小功率場(chǎng)效應(yīng)管
    小功率MOS場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的效應(yīng)來(lái)控制半導(dǎo)體(S)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
    小功率場(chǎng)效應(yīng)管
    小功率場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)與結(jié)構(gòu)
    (一)小功率場(chǎng)效應(yīng)管的分類(lèi)
    小功率M場(chǎng)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(jiǎn)稱(chēng)功率MOSFET(Power MOSFET)。結(jié)型功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱(chēng)作靜電感應(yīng)晶體管(Static Induction Transistor——SIT)。其特點(diǎn)是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流,驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單,需要的驅(qū)動(dòng)功率小,開(kāi)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(guò)10kW的電力電子裝置。
    (二)小功率場(chǎng)效應(yīng)結(jié)構(gòu)
    功率MOSFET的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電氣符號(hào)如圖1所示;其導(dǎo)通時(shí)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(chǎng)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?,功率?chǎng)效應(yīng)管大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu),又稱(chēng)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(guó)際整流器公司(International Rectifier)的HEXFET采用了六邊形單元;西門(mén)子公司(Siemens)的SIPMOSFET采用了正方形單元。
    小功率場(chǎng)效應(yīng)管
    小功率場(chǎng)效應(yīng)基本特性
    靜態(tài)特性
    其轉(zhuǎn)移特性和輸出特性如圖2所示。
    漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關(guān)系稱(chēng)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
    MOSFET的漏極伏安特性(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)于GTR的飽和區(qū))。電力MOSFET工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來(lái)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(shí)器件導(dǎo)通。電力MOSFET的通態(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。
    小功率場(chǎng)效應(yīng)管
    動(dòng)態(tài)特性
    其測(cè)試電路和開(kāi)關(guān)過(guò)程波形如圖3所示。
    開(kāi)通過(guò)程;開(kāi)通延遲時(shí)間td(on) —up前沿時(shí)刻到uGS=UT并開(kāi)始出現(xiàn)iD的時(shí)刻間的時(shí)間段;
    上升時(shí)間tr— uGS從uT上升到MOSFET進(jìn)入非飽和區(qū)的柵壓UGSP的時(shí)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(kāi)通時(shí)間ton—開(kāi)通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。
    小功率場(chǎng)效應(yīng)管
    關(guān)斷延遲時(shí)間td(off) —up下降到零起,Cin通過(guò)Rs和RG放電,uGS按指數(shù)曲線下降到UGSP時(shí),iD開(kāi)始減小為零的時(shí)間段。
    下降時(shí)間tf— uGS從UGSP繼續(xù)下降起,iD減小,到uGS,關(guān)斷時(shí)間toff—關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和。
    開(kāi)關(guān)速度
    MOSFET的開(kāi)關(guān)速度和Cin充放電有很大關(guān)系,使用者無(wú)法降低Cin,但可降低驅(qū)動(dòng)電路內(nèi)阻Rs減小時(shí)間常數(shù),加快開(kāi)關(guān)速度,MOSFET只靠多子導(dǎo)電,不存在少子儲(chǔ)存效應(yīng),因而關(guān)斷過(guò)程非常迅速,開(kāi)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(kāi)關(guān)過(guò)程中需對(duì)輸入電容充放電,仍需一定的驅(qū)動(dòng)功率。開(kāi)關(guān)頻率越高,所需要的驅(qū)動(dòng)功率越大。
    小功率場(chǎng)效應(yīng)管參數(shù)選型表
    小功率場(chǎng)效應(yīng)管
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