二次击穿:一次击穿发生时,1突1 然急剧上升,电压陡然下降。常常立即 P 导致器件的永久损坏,或者工作特性明 显衰变。 SOA ∠1cM 安全工作区( Safe Operating Area SOA):最高电压UM、集电极最大电 流、最大耗散功率PM二次击穿临 界线限定 图1-18GTR的安全工作区 14.3电力场效应晶体管 电力 MOSFET分为结型和绝缘栅型通常主要指绝缘栅型中 的M0S型。显著特点是:驱动电路简单,驱动功率小,开关速度 快,工作频率高,且热稳定性优于GTR,但是电力 MOSFET电3 流容量小,耐压低一般用于功率10KW以下的装置
31 1.4.3电力场效应晶体管 电力MOSFET分为结型和绝缘栅型,通常主要指绝缘栅型中 的MOS型。显著特点是:驱动电路简单，驱动功率小 ，开关速度 快，工作频率高，且热稳定性优于GTR，但是电力MOSFET电 流容量小，耐压低，一般用于功率10KW以下的装置。 二次击穿：一次击穿发生时，Ic突 然急剧上升，电压陡然下降。常常立即 导致器件的永久损坏，或者工作特性明 显衰变 。 安全工作区（Safe Operating Area ——SOA）：最高电压UceM、集电极最大电 流IcM、最大耗散功率PcM、二次击穿临 界线限定。 SOA O I c I cM PSB PcM U UceM ce 图1-18 GTR的安全工作区
电力 MOSFET的结构 D D 和功能原理: 电力 MOSFE也是多下 元集成的,一个器件由 许多个小 MOSFET元组 N沟道 P沟道 成,基本上按垂直导电 的思想设计。导电机理 与小功率MOS管相同,图1-19电力 MOSFET的结构和电气图形符号 但结构上有较大区别。 图1-19a为N沟道增强型 VDMOS中的一个单元截面图。 当漏极接电源正端,源极接负端,栅源间电压为0,漏源 间无电流流过,如果栅源间加一正电压UGs,并不会有栅极 电流流过,但随着Uos大于某一Ur时,形成反型层,漏极和 源极导电
32 N+ G S D P沟道 b) N+ N- S G D P P N+ N+ N+ 沟道 a) G S D N沟道 图1-19 1.电力MOSFET的结构 和功能原理： 电力MOSFET也是多 元集成的，一个器件由 许多个小MOSFET元组 成，基本上按垂直导电 的思想设计。导电机理 与小功率MOS管相同， 但结构上有较大区别。 图1-19a为N沟道增强型VDMOS中的一个单元截面图。 当漏极接电源正端，源极接负端，栅源间电压为0，漏源 间无电流流过，如果栅源间加一正电压UGS，并不会有栅极 电流流过，但随着UGS大于某一UT时，形成反型层，漏极和 源极导电。 图1-19 电力MOSFET的结构和电气图形符号
电力 MOSFET的基本特性: (1)静态特性: 50 饱 U=8V MOSFET的转移特性如4 图1-20a,ID较大时,D与U 301饱和区cs7V 的关系近似线性,曲线的斜2 U=6V 率被定义为 MOSFET的跨导 10 Gh=dIb/Us。 MOSFET输 Gs 4V 入阻抗极高,输入电流非常0 010/203040/50 截止区 U=0=3V 图1-20电力 MOSFET的转移特性和输出特性 图1-20b为 MOSFET的伏安特a)转移特性b)输出特性 性,即为输出特性,分为截止区,饱和区,非饱和区三个区域。 电力 MOSFET工作在开关状态,即在截止区和非饱和区之间来 回转换,过渡于饱和区。漏源极之间有寄生二极管,漏源极间 加反向电压时器件导通
33 2.电力MOSFET的基本特性： （1）静态特性： MOSFET的转移特性如 图1-20a，ID较大时，ID与UGS 的关系近似线性，曲线的斜 率被定义为MOSFET的跨导 Gfs =dID/dUGS。MOSFET输 入阻抗极高，输入电流非常 小。 0 10 20 30 50 40 2 4 6 8 a) 10 20 30 50 40 0 b) 10 20 30 40 50 饱和区 非 饱 和 区 截止区 ID / A UT UGS/V UDS/V UGS=UT=3V UGS=4V UGS=5V UGS=6V UGS=7V UGS=8V ID / A 图1-20 电力MOSFET的转移特性和输出特性 图1-20b为MOSFET的伏安特a) 转移特性 b) 输出特性 性，即为输出特性，分为截止区，饱和区，非饱和区三个区域。 电力MOSFET工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来 回转换，过渡于饱和区。漏源极之间有寄生二极管，漏源极间 加反向电压时器件导通
(2)动态特性 如图1-21,从un前沿到i出现 R O 的时间为延迟时间tm),此后iD 随nas的上升而上升,as从开启 电压上升到 MOSFET进入非饱 风%s号41 p 和区的Uosp的时间称为上升时 间t。i达到稳态值— -MOSFET图121电力 MOSFET的开关过程 的开通时间tn=tmom+t a)测试电路b)开关过程波形 当脉冲电压un下降到0时, u脉冲信号源,R。信号源内阻, ucs按指数曲线下降,到UGSP时,R栅极电阻, iD减小,这段时间为关断延迟时间 尺一负载电阻,尺检测漏极电流 tom。此后i继续下降,到0时这段时间为下降时间t。关断时间 6=tmn+ fo MOSFET的工作频率是主要电力电子器件中最高a 的
34 （2）动态特性 如图1-21，从up前沿到iD出现 的时间为延迟时间td(on）,此后iD 随uGS的上升而上升， uGS从开启 电压上升到MOSFET进入非饱 和区的UGSP的时间称为上升时 间tr。iD达到稳态值——MOSFET 的开通时间ton = td(on) + tr。 当脉冲电压up下降到0时， uGS按指数曲线下降，到UGSP时， iD减小，这段时间为关断延迟时间 td(of )。此后iD继续下降，到0时这段时间为下降时间tf。关断时间 tof = td(of )+ tf。 MOSFET的工作频率是主要电力电子器件中最高 的。 Rs RG RF RL iD uGS u p iD信号 +UE iD O O O u p t t t uGS uGSP uT td(on) t r td(off) t f 图1-21 电力MOSFET的开关过程 a) 测试电路 b) 开关过程波形 up—脉冲信号源，Rs—信号源内阻， RG—栅极电阻， RL—负载电阻，RF—检测漏极电流
OMOSFETI的开关速速度 中 MOSFET的开关速度和C充放电有很大关系。 可降低驱动电路内阻R减小时间常数,加快开关速度。 中不存在少子储存效应,关断过程非常迅速。 开关时间在10~100ns之间,工作频率可达100kHz以 上,是主要电力电子器件中最高的。 场控器件,静态时几乎不需输入电流。但在开关过程 中需对输入电容充放电,仍需一定的驱动功率 开关频率越高,所需要的驱动功率越大。 35
35 MOSFET的开关速速度 MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系。 可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数，加快开关速度。 不存在少子储存效应，关断过程非常迅速。 开关时间在10~100ns之间，工作频率可达100kHz以 上，是主要电力电子器件中最高的。 场控器件，静态时几乎不需输入电流。但在开关过程 中需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率。 开关频率越高，所需要的驱动功率越大