全控型器件——电力场效应晶体管
分为结型和绝缘栅型，但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称电力MOSFET（Power MOSFET）。电力MOSFET是用栅极电压来控制漏极电流的，它的特点有：驱动电路简单，需要的驱动功率小；开关速度快，工作频率高；热稳定性优于GTR；电流容量小，耐压低，多用于功率不超过10kW的电力电子装置。
1
结构和工作原理
电力MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道的称为耗尽型。对于N(P)沟道器件，栅极电压大于（小于） 零时才存在导电沟道的称为增强型。在电力MOSFET中，主要是N沟道增强型。
电力MOSFET的结构
它是单极型晶体管，结构上与小功率MOS管有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，而目前电力MOSFET大都采用了垂直导电结构，所以又称为VMOSFET(Vertical MOSFET)，这大大提高了MOSFET器件的耐压和耐电流能力。按垂直导电结构的差异，分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET(Vertical V-groove MOSFET)和具有垂直导电双扩散MOS结构的DMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET)。电力MOSFET也是多元集成结构。
电力MOSFET的工作原理
截止：当漏源极间接正电压，栅极和源极间电压为零时，P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。
导通:在栅极和源极之间加一正电压UGS，正电压会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子——电子吸引到栅极下面的P区表面。当UGS大于某一电压值UT时，使P型半导体反型成N型半导体，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电。UT称为开启电压（或阈值电压），UGS超过UT越多， 导电能力越强，漏极电流ID越大。
2
基本特性
静态特性
转移特性：指漏极电流ID 和栅源间电压UGS 的关系，反映了输入电压和输出电流的关系。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 ，即Gfs=dID/dUGS。电力MOSFET是电压控制型器件，其输入阻抗极高，输入电流非常小。
转移特性曲线
输出特性：它是MOSFET的漏极伏安特性。截止区（对应于GTR的截止区）、饱和区（对应于GTR的放大区）、非饱和区（对应于GTR的饱和区）三个区域，饱和是指漏源电压增加时漏极电流 不再增加，非饱和是指漏源电压增加时 漏极电流相应增加。
输出特性曲线
工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。本身结构所致，漏极和源极之间形成了一个与MOSFET反向并联的寄生二极管。通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。
动态特性
开通过程
开通延迟时间td(on)
电流上升时间tr
电压下降时间tfv
开通时间ton = td(on) tr tfv
关断过程
关断延迟时间td(off)
电压上升时间trv
电流下降时间tfi
关断时间toff = td(off) trv tfi
MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电有很大关系，可以降低栅极驱动电路的内阻Rs ，从而减小栅极回路的充放电时间常数，加快开关速度。
由于不存在少子储存效应，因而其关断过程是非常迅速的。开关时间在10~100ns之间，其工作频率可达100kHz以上，是主要电力电子器件中最高的。在开关过程中需要对输入电容充放电，仍需要一定的驱动功率，开关频率越高，所需要的驱动功率越大。
3
主要参数
跨导Gfs、开启电压UT以及开关过程中的各时间参数。
漏极电压UDS：标称电力MOSFET电压定额的参数。
漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM：标称电力MOSFET电流定额的参数。
栅源电压UGS：栅源之间的绝缘层很薄，｜UGS｜>20将导致绝缘层击穿。
极间电容：CGS、CGD和CDS。
漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区。
以上时针对电力MOSFET的简单叙述，这里有些概念只是简单的涉及了一下。对于电力MOSFET来说，关于它的特性和注意点还有很多，只能在实践中慢慢体会。当然，后面我们也会慢慢地去学习它。
暂无评论