功率场效应晶体管 44 绝缘栅双极型晶体管IGBT 44其他器件1

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1、1.2.3功率场效应晶体管功率场效应晶体管是20世纪70年代中后期开发的新型功率半导体器件，通常又叫绝缘栅功率场效应晶体管，简称为PMOSFET，用字母PM表示。功率场效应晶体管已发展了多种结构型式，本节主要介绍目前使用最多的单极VDMOS、N沟道增强型PM，1因源极S与漏极D间存在寄生二极管。管子截止时，漏源间的反向电流就在此二极管内流动。因此，PMOSFET又可用图b表示。在变流电路中，PMOSFET自身的寄生二极管流过反向大电流，可能会导致元件损坏。为避免电路中反向大电流流过PMOSFET，在它的外面常并接一个快速二极管VD2，串接一个二极管VD1。因

2、此，PMOSFET元件在变流电路中的实际形式如图c。2特点——用栅极电压来控制漏极电流驱动电路简单，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，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。31、当栅—源极间的电压UGS≤0或0＜UGS≤UV（UV为开启电压，又叫阈值电压，典型值为2～4V）时，即使加上漏—源极电压UDS，也没有漏极电流ID出现，PM处于截止状态。2、当UGS＞UV且UDS＞0时，会产生漏极电流ID，PM处于导通状态，且UDS越大，ID越大。另外，在相同的UDS下，UGS越大，ID越大。综上所述，PM的漏

3、极电流ID受控于栅—源电压UGS和漏—源电压UDS。(ID受双重控制）4(1)输入阻抗高，属于纯容性元件，不需要直流电流驱动，属电压控制器件，可直接与数字逻辑集成电路连接，驱动电路简单。(2)开关速度快，工作频率可达1MHz，比GTR器件快10倍，可实现高频斩波，开关损耗小。(3)为负电流温度系数，即器件内的电流随温度的上升而下降的负反馈效应，因此热稳定性好，不存在二次击穿问题，安全工作区SOA较大。1.P-MOSFET的主要特性52.PMOSFET的栅极驱动电路1．对栅极驱动电路的要求(1)为PM的栅极提供所需要的栅压，以保证P-MOSFET可靠导通。(2

4、)减小驱动电路的输入电阻以提高栅极充放电速度，从而提高器件的开关速度。(3)实现主电路与控制电路间的电隔离。(4)因为PM的工作频率和输入阻抗都较高，很容易被干扰，所以栅极驱动电路还应具有较强的抗干扰能力。6理想的栅极控制电压波形如图，提高栅极电压上升率duG/dt可缩短开通时间，但过高会使管子在开通时承受过高的电流冲击。正、负栅极电压的幅值UG1、UG2要小于器件规定的允许值。72．栅极驱动电路基本电路型式(a)共源极电路；(b)共漏极电路；(c)转换开关电路；(d)交流开关电路(1)图a是共源极电路：相当于普通晶体管的共发射极电路。(2)图b是共漏极电路

5、：相当于射极跟随器。(3)图c转换开关电路：PM1与PM2轮流驱动导通可构成半桥式逆变器。(4)图d交流开关电路：PM1、VD2导通时，负载为交流正向；PM2、VD1导通时，负载为交流负向，它是交流调压电路的常用形式。8图4-21P-MOSFET逆变器3．驱动电路举例1、图4-21是一种数控逆变器，两个P-MOSFET的栅极不用任何接口电路直接与数字逻辑驱动电路连接。该驱动电路是由两个与非门与RC组成的振荡电路。当门Ⅰ输入高电平时，电路起振时，在PM1、PM2的栅极分别产生高、低电平，使它们轮流导通，将直流电压变为交流电压，实现逆变。振荡频率由电容与电阻值决

6、定。9图4-22直流斩波的驱动电路2、图4-22为直流斩波的驱动电路。斩波电源为UD，由不可控整流器件获得，当管子PM2导通时，负载得电，输出电流Io＞0。当PM2关断时，VD4续流，直到Io＝0，VD4断开，接着PM3导通。10P-MOSFET在电力变流技术中主要有以下应用：(1)在开关稳压调压电源方面，可使用P-MOSFET器件作为主开关功率器件可大幅度提高工作频率，工作频率一般在200～400kHz。频率提高可使开关电源的体积减小，重量减轻，成本降低，效率提高。目前，P-MOSFET器件已在数十千瓦的开关电源中使用，正逐步取代GTR。3.P-MOSFE

7、T的应用11(2)将P-MOSFET作为功率变换器件。由于P-MOSFET器件可直接用集成电路的逻辑信号驱动，而且开关速度快，工作频率高，大大改善了变换器的功能，因而在计算机接口电路中应用较多。(3)将P-MOSFET作为高频的主功率振荡、放大器件，在高频加热、超声波等设备中使用，具有高效、高频、简单可靠等优点。121.2.4绝缘栅双极型晶体管1.IGBT的工作原理IGBT的结构是在P-MOSFET结构的基础上作了相应的改善，相当于一个由P-MOSFTET驱动的厚基区GTR，其简化等效电路和电气符号如图。图4-23IGBT的简化等效电路图4-24IGBT的图

8、形符号13IGBT有三个电极，分别是集电极C、发射极