電力MOSFET簡介
電力MOSFET又名電力場效應晶體管分為結型和絕緣柵型,通常主要指絕緣柵型中的MOS型(Metal Oxide Semiconductor FET),簡稱電力MOSFET(Power MOSFET),結型電力場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管。
電力MOSFET種類
按導電溝道可分為P溝道和N溝道:
1、耗盡型——當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道
2、增強型——對于N(P)溝道器件,柵極電壓大于(小于)零時才存在導電溝道,電力MOSFET主要是N溝道增強型。
電力MOSFET特點
1、用柵極電壓來控制漏極電流
2、驅動電路簡單,需要的驅動功率小
3、開關速度快,工作頻率高
4、熱穩定性優于GTR
5、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
電力MOSFET的基本特性
電力MOSFET的基本特性詳解:
(一)靜態特性
(1)轉移特性
1.指漏極電流ID和柵源間電壓UGS的關系,反映了輸入電壓和輸出電流的關系。
2.ID較大時,ID與UGS的關系近似線性,曲線的斜率被定義為MOSFET的跨導Gfs,即:
3.是電壓控制型器件,其輸入阻抗極高,輸入電流非常小。
電力MOSFET的轉移特性和輸出特性 a) 轉移特性
(2)輸出特性
1.是MOSFET的漏極伏安特性。
2.截止區(對應于GTR的截止區)、飽和區(對應于GTR的放大區)、非飽和區(對應于GTR的飽和區)三個區域,飽和是指漏源電壓增加時漏極電流不再增加,非飽和是指漏源電壓增加時漏極電流相應增加。
3.工作在開關狀態,即在截止區和非飽和區之間來回轉換。
4.本身結構所致,漏極和源極之間形成了一個與MOSFET反向并聯的寄生二極管。
5.通態電阻具有正溫度系數,對器件并聯時的均流有利。
電力MOSFET的轉移特性和輸出特性 b) 輸出特性
(3)動態特性
1.開通過程
開通延遲時間td(on)
電流上升時間tr
電壓下降時間tfv
開通時間ton= td(on)+tr+ tfv
2.關斷過程
關斷延遲時間td(off)
電壓上升時間trv
電流下降時間tfi
關斷時間toff = td(off)+trv+tfi
3.MOSFET的開關速度和其輸入電容的充放電有很大關系,可以降低柵極驅動電路的內阻Rs,從而減小柵極回路的充放電時間常數,加快開關速度。
電力MOSFET的開關過程 a)測試電路 b) 開關過程波形不存在少子儲存效應,因而其關斷過程是非常迅速的。開關時間在10~100ns之間,其工作頻率可達100kHz以上,是主要電力電子器件中最高的。在開關過程中需要對輸入電容充放電,仍需要一定的驅動功率,開關頻率越高,所需要的驅動功率越大。
電力MOSFET主要參數
除跨導Gfs、開啟電壓UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外還有:
(1)漏極電壓UDS——電力MOSFET電壓定額
(2)漏極直流電流ID和漏極脈沖電流幅值IDM——電力MOSFET電流定額
(3)柵源電壓UGS—— UGS>20V將導致絕緣層擊穿 。
(4)極間電容——極間電容CGS、CGD和CDS
間加正向電壓使N型半導體中的多數載流子-電子由源極出發,經過溝道到達漏極形成漏極電流ID。
電力MOSFET注意事項
1、防止靜電擊穿
靜電擊穿有兩種形式:一是電壓型,即柵極的薄氧化層發生擊穿而形成針孔,使柵極和源極間短路,或者使柵極和漏極間短路;
二是功率型,即金屬化薄膜鋁條被熔斷,造成柵極開路或者是源極開路。造成靜電擊穿的電荷源可能是器件本身,也可能是與之接觸的外部帶電物體,或帶電人體。在干燥環境中,活動的人體電位可達數千伏甚至上萬伏,所以人體是引起電力MOSFET靜電擊穿的主要電荷源之一。
防止靜電擊穿時應注意:
(1)在MOSFET測試和接人電路之前,應存放在靜電包裝袋、導電材料或金屬容器中,不能放在塑料盒或塑料袋中。取用時應拿管殼部分而不是引線部分。工作人員需通過腕帶良好接地。
(2)將MOSFET接入電路時,工作臺和烙鐵都必須良好接地,焊接時電烙鐵功率應不超過25W,最好是用內熱式烙鐵。先焊柵極,后焊漏極與源極。
(3)在測試MOSFET時,測量儀器和工作臺都必須良好接地,并盡量減少相同儀器的使用次數和使用時間,從而盡快作業。MOsFET的三個電極未全部接入測試儀器或電路前.不要施加電壓。改換測試范圍時,電壓和電流都必須先恢復到零。
(4)注意柵極電壓不要過限。有些型號的電力MOSFET內部輸入端接有齊納保護二極管,這種器件柵源間的反向電壓不得超過0.3V,對于內部未設齊納保護:極管的器件,應在柵源同外接齊納保護二極管或外接其他保護電路。
(5)使用MOSFET時,盡最不穿易產生靜電荷的服裝(如尼龍服裝)。
(6)在操作現場,要盡量回避易帶電的絕緣體(特別是化學纖維和靼料易帶電)和使用導電性物質。
2、防止偶然性振蕩損壞器件
(1)場效應晶體管互導大小與工作區有關,電壓越低則越高。
(2)結型場效應晶體管的豫、漏極可以互換使用。
(3)絕緣柵型場效應晶體管.在柵極開路時極易受周圍磁場作用,會產生瞬問高電壓使柵極擊穿。故在存放時,應將三個引腳短路,防止靜電感應電荷擊穿絕緣柵。
(4)工作點的選擇,應不得超過額定漏源電壓、柵源電壓、耗散功率及最大電流所允許的數值。
(5)測試絕緣柵場效應晶體管時,測試儀器應良好接地,以免擊穿柵極。
(6)需采取防潮措施,防止由于輸入阻抗下降造成場效應晶體管性能差。
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