功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管44絕緣柵雙極型晶體管IGBT44其他器

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1、1.2.3功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管是20世紀(jì)70年代中后期開(kāi)發(fā)的新型功率半導(dǎo)體器件，通常又叫絕緣柵功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，簡(jiǎn)稱為PMOSFET，用字母PM表示。功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管已發(fā)展了多種結(jié)構(gòu)型式，本節(jié)主要介紹目前使用最多的單極VDMOS、N溝道增強(qiáng)型PM，1因源極S與漏極D間存在寄生二極管。管子截止時(shí)，漏源間的反向電流就在此二極管內(nèi)流動(dòng)。因此，PMOSFET又可用圖b表示。在變流電路中，PMOSFET自身的寄生二極管流過(guò)反向大電流，可能會(huì)導(dǎo)致元件損壞。為避免電路中反向大電流流過(guò)PMOSFET，在它的外面常并接一個(gè)快速二極管VD2，串接一個(gè)二極管VD1。因此，PMOSFE

2、T元件在變流電路中的實(shí)際形式如圖c。2特點(diǎn)——用柵極電壓來(lái)控制漏極電流驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小。開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高。熱穩(wěn)定性優(yōu)于GTR。電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置。31、當(dāng)柵—源極間的電壓UGS≤0或0＜UGS≤UV（UV為開(kāi)啟電壓，又叫閾值電壓，典型值為2～4V）時(shí)，即使加上漏—源極電壓UDS，也沒(méi)有漏極電流ID出現(xiàn)，PM處于截止?fàn)顟B(tài)。2、當(dāng)UGS＞UV且UDS＞0時(shí)，會(huì)產(chǎn)生漏極電流ID，PM處于導(dǎo)通狀態(tài)，且UDS越大，ID越大。另外，在相同的UDS下，UGS越大，ID越大。綜上所述，PM的漏極電流ID受控于柵—源電壓UGS

3、和漏—源電壓UDS。(ID受雙重控制）4(1)輸入阻抗高，屬于純?nèi)菪栽?，不需要直流電流?qū)動(dòng)，屬電壓控制器件，可直接與數(shù)字邏輯集成電路連接，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單。(2)開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率可達(dá)1MHz，比GTR器件快10倍，可實(shí)現(xiàn)高頻斬波，開(kāi)關(guān)損耗小。(3)為負(fù)電流溫度系數(shù)，即器件內(nèi)的電流隨溫度的上升而下降的負(fù)反饋效應(yīng)，因此熱穩(wěn)定性好，不存在二次擊穿問(wèn)題，安全工作區(qū)SOA較大。1.P-MOSFET的主要特性52.PMOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)電路1．對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電路的要求(1)為PM的柵極提供所需要的柵壓，以保證P-MOSFET可靠導(dǎo)通。(2)減小驅(qū)動(dòng)電路的輸入電阻以提高柵極充放電速度，從

4、而提高器件的開(kāi)關(guān)速度。(3)實(shí)現(xiàn)主電路與控制電路間的電隔離。(4)因?yàn)镻M的工作頻率和輸入阻抗都較高，很容易被干擾，所以柵極驅(qū)動(dòng)電路還應(yīng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力。6理想的柵極控制電壓波形如圖，提高柵極電壓上升率duG/dt可縮短開(kāi)通時(shí)間，但過(guò)高會(huì)使管子在開(kāi)通時(shí)承受過(guò)高的電流沖擊。正、負(fù)柵極電壓的幅值UG1、UG2要小于器件規(guī)定的允許值。72．柵極驅(qū)動(dòng)電路基本電路型式(a)共源極電路；(b)共漏極電路；(c)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路；(d)交流開(kāi)關(guān)電路(1)圖a是共源極電路：相當(dāng)于普通晶體管的共發(fā)射極電路。(2)圖b是共漏極電路：相當(dāng)于射極跟隨器。(3)圖c轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路：PM1與PM2輪流驅(qū)

5、動(dòng)導(dǎo)通可構(gòu)成半橋式逆變器。(4)圖d交流開(kāi)關(guān)電路：PM1、VD2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載為交流正向；PM2、VD1導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載為交流負(fù)向，它是交流調(diào)壓電路的常用形式。8圖4-21P-MOSFET逆變器3．驅(qū)動(dòng)電路舉例1、圖4-21是一種數(shù)控逆變器，兩個(gè)P-MOSFET的柵極不用任何接口電路直接與數(shù)字邏輯驅(qū)動(dòng)電路連接。該驅(qū)動(dòng)電路是由兩個(gè)與非門(mén)與RC組成的振蕩電路。當(dāng)門(mén)Ⅰ輸入高電平時(shí)，電路起振時(shí)，在PM1、PM2的柵極分別產(chǎn)生高、低電平，使它們輪流導(dǎo)通，將直流電壓變?yōu)榻涣麟妷?，?shí)現(xiàn)逆變。振蕩頻率由電容與電阻值決定。9圖4-22直流斬波的驅(qū)動(dòng)電路2、圖4-22為直流斬波的驅(qū)動(dòng)電路。斬波電源為

6、UD，由不可控整流器件獲得，當(dāng)管子PM2導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載得電，輸出電流Io＞0。當(dāng)PM2關(guān)斷時(shí)，VD4續(xù)流，直到Io＝0，VD4斷開(kāi)，接著PM3導(dǎo)通。10P-MOSFET在電力變流技術(shù)中主要有以下應(yīng)用：(1)在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓調(diào)壓電源方面，可使用P-MOSFET器件作為主開(kāi)關(guān)功率器件可大幅度提高工作頻率，工作頻率一般在200～400kHz。頻率提高可使開(kāi)關(guān)電源的體積減小，重量減輕，成本降低，效率提高。目前，P-MOSFET器件已在數(shù)十千瓦的開(kāi)關(guān)電源中使用，正逐步取代GTR。3.P-MOSFET的應(yīng)用11(2)將P-MOSFET作為功率變換器件。由于P-MOSFET器件可直接用集成電路的

7、邏輯信號(hào)驅(qū)動(dòng)，而且開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，大大改善了變換器的功能，因而在計(jì)算機(jī)接口電路中應(yīng)用較多。(3)將P-MOSFET作為高頻的主功率振蕩、放大器件，在高頻加熱、超聲波等設(shè)備中使用，具有高效、高頻、簡(jiǎn)單可靠等優(yōu)點(diǎn)。121.2.4絕緣柵雙極型晶體管1.IGBT的工作原理IGBT的結(jié)構(gòu)是在P-MOSFET結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上作了相應(yīng)的改善，相當(dāng)于一個(gè)由P-MOSFTET驅(qū)動(dòng)的厚基區(qū)GTR，其簡(jiǎn)化等效電路和電氣符號(hào)如圖。圖4-23IGBT的簡(jiǎn)化等效電路圖4-24IGBT的圖形符號(hào)13IGBT有三個(gè)電極，分別是集電極C、發(fā)射極