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MOSFET结构及其工作原理详解

2013-03-28 15:37
路过的码农
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  2.2.功率MOSFET的工作原理

  截止:漏源极间加正电源,栅源极间电压为零。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。

  导电:在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的,所以不会有栅极电流流过。但栅极的正电压会将其下面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UT(开启电压或阈值电压)时,栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度,使P型半导体反型成N型而成为反型层,该反型层形成N沟道而使PN结J1消失,漏极和源极导电。

  2.3.功率MOSFET的基本特性

  2.3.1静态特性MOSFET的转移特性和输出特性。

  漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性,ID较大时,ID与UGS的关系近似线性,曲线的斜率定义为跨导Gfs

  MOSFET的漏极伏安特性(输出特性):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)。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。电力MOSFET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。电力MOSFET的通态电阻具有正温度系数,对器件并联时的均流有利。

  2.3.2动态特性MOSFET其测试电路和开关过程

  开通过程;开通延迟时间td(on)—Up前沿时刻到UGS=UT并开始出现iD的时刻间的时间段;上升时间tr—UGS从UT上升到MOSFET进入非饱和区的栅压UGSP的时间段;iD稳态值由漏极电源电压UE和漏极负载电阻决定。UGSP的大小和iD的稳态值有关,UGS达到UGSP后,在up作用下继续升高直至达到稳态,但iD已不变。开通时间ton—开通延迟时间与上升时间之和。

  关断延迟时间td(off)—Up下降到零起,Cin通过RS和RG放电,UGS按指数曲线下降到UGSP时,iD开始减小为零的时间段。下降时间tf—UGS从UGSP继续下降起,iD减小,到UGS

  2.3.3MOSFET的开关速度

  MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系,使用者无法降低Cin,但可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数,加快开关速度,MOSFET只靠多子导电,不存在少子储存效应,因而关断过程非常迅速,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。

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