现代电力电子技术(仿真) 2_2.ppt

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1、1.功率MOSFET结构可控功率电子器件主要分两大类：一类是电平触发的功率电子器件，只要在器件的控制端的电平保持正向偏置，器件就处于开通状态，这类器件有、GTR、IGBT等；另一类是脉冲触发的功率电子器件，器件控端受到正向脉冲的触发而导通，器件的关断要么器件的主电极反向或在器件控端加以反向脉冲，这类器件有SCR、GTO等。MOSFET是属于电平触发的功率电子器件。2.5功率MOSFET模型的建立2.5.1功率MOSFET结构与特性MOSFET实物图(TO-3P)MOSFET实物图(TO-220)MOSFET实物图(TO-220S)IR

2、公司HEXFET内部结构MOSFET（MetalOxideSemiconductorFiele-EffectTransistor）是一种单极性器件。功率MOSFET具有较高的开关速度；非常低的门驱动功率；容易并联；没有双极型晶体管的二次击穿的现象。一个普通MOSFET的内部结构制造功率MOSFET的关键，主要是解决大电流和高电压问题，以提高器件的功率处理能力．对比MOSFET与双极型器件（如GTR）的结构，发现后者首先在功率领域获得突破的原因主要有三点：1)发射极和集电极是安置在基区的两侧，电流是流过面积很大而厚度较薄的基区，因而可以

3、参照GTR等功率器件，制造为垂直导电模式，电流容量可以很大；2)为了提高耐压，在集电区中加人了一个轻掺杂N-型区，使器件耐压能力大为改善；3)基区宽度的控制是靠双重扩散技术实现的，尺寸控制严格准确，适宜于各种功率要求的设计。VVMOSFET和UMOSFET基本结构电场集中，不易提高耐压。功率MOSFET的内部结构★胞元并联结RDS小，可达mΩ。★垂直导电VD，面积大，电流大；★无电导调制效应，UDSS较GTR大。★轻掺杂，电阻率大，耐压高；★沟道短D-S间U、R、C均小；2.MOSFET静态特性与参数(1)静态特性静态特性主要指功率M

4、OSFET的输出特性、饱和特性和转移特性。与静态特性相关的参数主要有通态电阻Ron、开启电压VGS(Th)、跨导gm。最大电压额定值BVDS和最大电流额定值IDM等。A．输出特性B．饱和压降特性由于功率MOSFET是单极型器件，不像GTR、SCR及GTO那样具有载流子存贮效应，因而通态电阻较大，饱和压降也较高，使导通损耗大。为了降低通态电阻，在设计上要采取一些相应的措施。但是，MOSFET的通态电阻总是要比GTR、SCR及GTO的通态电阻大。C．转移特性栅源电压VGS漏极电流ID之间的关系称为转移特性。下图为功率MOSFET在小信号下

5、的转移特性。图中特性曲线的斜率DID/DVGS即表示功率MOSFET的放大能力，因为它是电压控制器件，所以用跨导参数gm来表示，跨导gm的作用与GTR中的电流增益β相似。(2)静态参数A．通态电阻RonRon=rCH+rACC+rJFET+rD功率MOSFET通态电阻分布示意图rCH反型层沟道电阻rACC栅漏积聚区电阻rJFETFET夹断区电阻rD轻掺杂漏极区电阻Ron与温度的关系1.Ron与温度非常敏感2.易于并联3.电压等级越高影响越大Ron与漏极电流的关系Ron与栅源电压的关系电压等级越高rD对Ron的影响越大对于高耐压功率MO

6、SFET，为了满足电压设计的需要，其漂移区的杂质浓度较低，所用的外延层较厚。当导电沟道充分强化之后，其总的通态电阻Ron主要决定于漂移区电阻rD。利用漏－源之间的击穿电压BVDS与漂移区杂质浓度和厚度的关系，以及漂移区电阻与其杂质浓度和厚度的关系，可以将功率MOSFET的通态电阻表示成击穿电压的函数，即式中，A代表芯片面积。若其单位用mm2，BVDS的单位用V，则Ron的单位是Ω。于是，我们可以很方便地利用器件的电压额定来估计它的通态压降VDS＝IDRDS或功耗ID2RDS。B．开启电压VGS(Th)VGS(Th)与温度的关系C．跨导

7、gm小信号跨导gm与栅压VGS的关系曲线D．漏极击穿电压BVDSBVDS-Tj关系E．栅源击穿电压BVGS对栅源击穿电压BVGS是为了防止绝缘栅层会因栅源电压过高而发生介电击穿而设定的参数。MOSFET处于不工作状态时，因静电感应引起的栅极上的电荷积累将有可能击穿器件．一般将栅源电压的极限值定为±20V。F．最大漏极电流IDM最大漏极电流IDM表征功率MOSFET的电流容量，其测量条件为：VGS=10V,VDS为某个适当数值。功率MOSFET极间电容分布及其等效电路A．极间电容(3)动态特性极间电容与VDS成反比，因此高耐压器件不应应

8、用在低压电路中。B．栅极电荷特性栅源电压－时间曲线Miller电容静态下很小，动态值最高可以达到CGS的20倍以上，因此需要比手册中提供的Ciss更多的充电电荷。栅电荷曲线（恒流充电）CGD充电电荷随外电路不同而不同。开