5全控器件(MOSFET和IGBT)资料.ppt

课题十五:典型全控器件 MOSFET和IGBT 一、电力场效应晶体管 分为结型和绝缘栅型 通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），简称电力MOSFET（Power MOSFET） 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT） 一、电力场效应晶体管 电力MOSFET的种类 ?按导电沟道可分为P沟道和N沟道。 耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道。 增强型——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MOSFET主要是N沟道增强型。 一、电力场效应晶体管 电力MOSFET的结构 一、电力场效应晶体管 小功率MOS管是横向导电器件。 电力MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET）。 这里主要以VDMOS器件为例进行讨论。 一、电力场效应晶体管 电力MOSFET的特点 电力场效应晶体管 一、电力场效应晶体管 截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。 P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。 导电：在栅源极间加正电压UGS 当UGS大于UT时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电 。 一、电力场效应晶体管 ?(1) 静态特性 漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性。 ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs。 一、电力场效应晶体管 截止区（对应于GTR的截止区） 饱和区（对应于GTR的放大区） 非饱和区（对应GTR的饱和区） 工作在开关状态，即在截止区和非饱和区之间来回转换。 漏源极之间有寄生二极管，漏源极间加反向电压时器件导通。 通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。 一、电力场效应晶体管 不存在少子储存效应，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，是主要电力电子器件中最高的。 场控器件，静态时几乎不需输入电流。但在开关过程中需对输入电容充放电，仍需一定的驱动功率。 开关频率越高，所需要的驱动功率越大。 一、电力场效应晶体管 3. 电力MOSFET的主要参数 二、绝缘栅双极晶体管 两类器件取长补短结合而成的复合器件—Bi-MOS器件 绝缘栅双极晶体管（Insulated-gate Bipolar Transistor——IGBT或IGT）GTR和MOSFET复合，结合二者的优点。 1986年投入市场，是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。 二、绝缘栅双极晶体管 1. IGBT的结构和工作原理 三端器件：栅极G、集电极C和发射极E 二、绝缘栅双极晶体管 简化等效电路表明，IGBT是GTR与MOSFET组成的达林顿结构，一个由MOSFET驱动的厚基区PNP晶体管。 RN为晶体管基区内的调制电阻。 二、绝缘栅双极晶体管 ? 驱动原理与电力MOSFET基本相同，场控器件，通断由栅射极电压uGE决定。 导通：uGE大于开启电压UGE(th)时，MOSFET内形成沟道，为晶体管提供基极电流，IGBT导通。 通态压降：电导调制效应使电阻RN减小，使通态压降减小。 关断：栅射极间施加反压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，IGBT关断。 二、绝缘栅双极晶体管 2. IGBT的基本特性 (1)?IGBT的静态特性 二、绝缘栅双极晶体管 3. IGBT的主要参数 二、绝缘栅双极晶体管 IGBT的特性和参数特点可以总结如下： 二、绝缘栅双极晶体管 IGBT IPM（三菱PS21267） IGBT的应用 IGBT的应用 * * 1. 电力MOSFET的结构和工作原理 导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别。 采用多元集成结构，不同的生产厂家采用了不同设计。 图15-1 电力MOSFET的结构和电气图形符号 电力MOSFET的结构 是单极型晶体管（只有一种载流子参与导电）。 ?优点——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（最高）。 热稳定性优于GTR。 ?缺点——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 。 图15-2 电力MOSFET的结构和电气图形符号 电力MOSFET的工作原理 0 10 20 30 50 40 2 4 6 8 a) 10 20 30 50 40 0 b) 10 20 30 50 40 饱和区 非 饱 和 区 截止区 I D