第二章 电力电子器件第八次课.ppt

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(2)、安全工作区
正偏安全工作区又叫开通安全工作区,它是基极正向偏置条件下由GTR的最大允许集电极电流ICM、最大允许集电极电压BUCEO、最大允许集电极功耗PCM以及二次击穿功率PSB四条限制线所围成的区域。
反偏安全工作区又称GTR的关断安全工作区。它表示在反向偏置状态下GTR关断过程中电压UCE、电流IC限制界线所围成的区域。


①正偏安全工作区FBSOA
②反偏安全工作区RBSOA
第二章、电力电子器件
、电力电子器件的基本模型
、电力二极管
、晶闸管
、可关断晶闸管
、电力晶体管
、电力场效应晶体管
、绝缘栅双极型晶体管
、其它新型电力电子器件
、电力电子器件的驱动与保护

1)分为结型场效应管简称JFET)和绝缘栅金属-氧化物-
半导体场效应管(简称MOSFET)。
2)通常指绝缘栅型中的MOS型,简称电力MOSFET。
3)
4)特点:输入阻抗高(可达40MΩ以上)、开关速度快,工作频率高(开关频率可达1000kHz)、驱动电路简单,需要的驱动功率小、热稳定性好、无二次击穿问题、安全工作区(SOA)宽;电流容量小,耐压低,一般只适用功率不超过10kW的电力电子装置。
N沟道
P沟道
电力MOSFET
耗尽型:
增强型:
耗尽型
增强型
当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道;
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
、电力场效应晶体管



早期的电力场效应管采用水平结构(PMOS),器件的源极S、栅极G和漏极D均被置于硅片的一侧(与小功率MOS管相似)。存在通态电阻大、频率特性差和硅片利用率低等缺点。
20世纪70的代中期将LSIC垂直导电结构应用到电力场效应管的制作中,出现了VMOS结构。大幅度提高了器件的电压阻断能力、载流能力和开关速度。
20世纪80年代以来,采用二次扩散形成的P形区和N+型区在硅片表面的结深之差来形成极短沟道长度(1~2μm),研制成了垂直导电的双扩散场控晶体管,简称为VDMOS。
目前生产的VDMOS中绝大多数是N沟道增强型,这是由于P沟道器件在相同硅片面积下,其通态电阻是N型器件的2~3倍。因此今后若无特别说明,均指N沟道增强型器件。
1、电力场效应管的结构

特点:
(1)垂直安装漏极,实现垂直导电,这不仅使硅片面积得以充分利用,而且可获得大的电流容量;
(2)设置了高电阻率的N-区以提高电压容量;
(3)短沟道(1~2μm)降低了栅极下端SiO2层的栅沟本征电容和沟道电阻,提高了开关频率;
(4)载流子在沟道内沿表面流动,然后垂直流向漏极。
VDMOS的典型结构
1、电力场效应管的结构(续)


VDMOS的漏极电流ID受控于栅压UGS;

胞结构与电气符号
2、电力场效应管的工作原理
(1)截止:
栅源电压UGS≤0或0<UGS≤UT
(UT为开启电压,又叫阈值电压);
(2)导通:
UGS>UT时,加至漏极电压UDS>0;
(3)漏极电流ID:
特性与主要参数
在不同的UGS下,漏极电流ID与漏极电压UDS间的关系曲线族称为VDMOS的输出特性曲线。,它可以分为四个区域:
1)截止区:当UGS<UT(UT的典型
值为2~4V)时;
2)线性(导通)区:当UGS>UT且
UDS很小时,ID和UGS几乎成
线性关系。又叫欧姆工作区;
3)饱和区(又叫有源区):
在UGS>UT时,
且随着UDS的增大,ID几乎不变;
4)雪崩区:当UGS>UT,且
UDS增大到一定值时;
1、静态输出特性

与主要参数
沟道体区表面发生强反型所需的最低栅极电压称为VDMOS管的阈值电压。
一般情况下将漏极短接条件下,ID=1mA时的栅极电压定义为UT。实际应用时,UGS=(~)UT,以利于获得较小的沟道压降。
UT还与结温Tj有关,Tj升高,UT将下降(大约Tj每增加45℃,UT下降10%,其温度系数为-/℃)。。
2、主要参数
(1)通态电阻Ron
在确定的栅压UGS下,VDMOS由可调电阻区进入饱和区时漏极至源极间的直流电阻称为通态电阻Ron。Ron是影响最大输出功率的重要参数。
在相同条件下,耐压等级越高的器件其Ron值越大,另外Ron随ID的增加而增加,随UGS的升高而减小。
(2)阈值电压UT