合肥工业大学电力电子技术第五讲第二章.ppt

电 力 电 子 技 术 Power Electronics 2.7.2 功率MOSFET特性及主要参数 3．动态特性 功率MOSFET存在输入电容Cin，包含栅、源电容CGS和栅、漏电容CGD。 当驱动脉冲电压到来时，Cin有充电过程，栅极电压uGS呈指数曲线上升，如图2-29所示。 2.7.2 功率MOSFET特性及主要参数 当uGS上升到开启电压UT时，开始出现漏极电流iD。从驱动脉冲电压前沿时刻到iD的数值达到稳态电流的10%的时间段称为开通延迟时间td(on)。 此后，iD随uGS的上升而上升。从uGS上升到开启电压UT，到漏极电流iD的数值达到稳态电流的90%的时间段称为电流上升时间tri。此时uGS的数值为功率MOSFET进入正向电阻区的栅压UGSP。 2.7.2 功率MOSFET特性及主要参数 当uGS上升到UGSP时，功率MOSFET的漏、源极电压uDS开始下降，受栅、漏电容CGD的影响，uGS增长缓慢，波形上出现一个平台期，当uDS下降到导通压降，功率MOSFET进入到稳态导通状态，这一时间段为电压下降时间tfv。 此后uGS继续升高直至达到稳态。功率MOSFET 的开通时间ton是开通延迟时间、电流上升时间与电压下降时间之和，即ton=td(on)+tri+tfv。 2.7.2 功率MOSFET特性及主要参数 当驱动脉冲电压下降到零时，栅源极输入电容Cin通过栅极电阻放电，栅极电压uGS按指数曲线下降，当下降到UGSP时，功率MOSFET的漏、源极电压uDS开始上升，这段时间称为关断延迟时间td(off)。 此时栅、漏电容CGD放电，uGS波形上出现一个平台。当uDS上升到输入电压时，iD开始减小，这段时间称为电压上升时间trv。 此后Cin继续放电，uGS从UGSP继续下降，iD减小，到uGSUT时沟道消失，iD下降到稳态电流的10%，这段时间称为电流下降时间tfi。 2.7.2 功率MOSFET特性及主要参数 关断延迟时间、电压上升时间和电流下降时间之和为功率MOSFET的关断时间toff，即toff=td(off)+trv+tfi。 功率MOSFET是单极性器件，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，是常用电力电子器件中最高的。 2.7.2 功率MOSFET特性及主要参数 4．主要参数 除前面已涉及到的跨导、开启电压以及开关过程中的时间参数外，功率MOSFET还有以下主要参数： （1）通态电阻Ron 通态电阻Ron是影响最大输出功率的重要参数。Ron随ID的增加而增加，随UGS的升高而减小。 （2）漏极电压最大值UDSM 这是标称功率MOSFET电压额定的参数，为避免功率MOSFET发生雪崩击穿，实际工作中的漏极和源极两端的电压不允许超过漏极电压最大值UDSM。 （3）漏极电流最大值IDM 这是标称功率MOSFET电流额定的参数，实际工作中漏源极流过的电流应低于额定电流IDM的50%。 2.7.2 功率MOSFET特性及主要参数 4．主要参数 栅源电压UGS 栅源之间的绝缘层很薄，?UGS?20V将导致绝缘层击穿 ?极间电容 极间电容CGS、CGD和CDS 2.7.3 功率MOSFET的驱动 2.7.4 功率MOSFET的应用特点 功率MOSFET的薄弱之处是绝缘层易被击穿损坏，栅源间电压不得超过20V。为此，在使用时必须注意若干保护措施。 （1）防止静电击穿 （2）防止栅源过电压 ?一般来说，电力MOSFET不存在二次击穿问题，这是它的一大优点 漏源间的耐压、漏极最大允许电流和最大耗散功率决定了电力MOSFET的安全工作区 2.8 绝缘栅双极型晶体管 GTR和GTO的特点——双极型，电流驱动，有电导调制效应，通流能力很强，开关速度较低，所需驱动功率大，驱动电路复杂。 功率MOSFET的优点——单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。但是导通压降大。 两类器件取长补短结合而成的复合器件—Bi-MOS器件 1986年IGBT投入市场后，取代了GTR和一部分MOSFET的市场，中小功率电力电子设备的主导器件。 继续提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。 2.8.1 基本结构和工作原理 图2-31 IGBT的外形、简化等效电路和电气图形符号 a) 外形 b) 简化等效电路 c) 电气图形符号 2.8.1 基本结构和工作原理 IGBT的结构 IGBT比V