新能源汽车电力电子技术项目1.5功率场效应晶体管的结构和工.ppt

***************《新能源汽车电力电子技术》项目1.5功率场效应晶体管的结构和工作原理2020年09月本次课程内容2功率场效应管的基本特性功率场效应管的结构和工作原理1功率场效应管的主要参数3本次课程要求1.掌握功率场效应管管的结构和工作原理。2.掌握功率场效应管的基本特性（包含静态和动态特性）。3.掌握功率场效应管的主要参数。*1.5功率场效应晶体管(P-MOSFET)基础知识分为结型和绝缘栅型（类似小功率FieldEffectTransistor—FET）但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（MetalOxideSemiconductorFET）简称功率MOSFET（PowerMOSFET）结型功率场效应晶体管一般称静电感应晶体管（StaticInductionTransistor——SIT）?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，无二次击穿现象电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置■*1.功率MOSFET的结构和工作原理功率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?功率MOSFET主要是N沟道增强型■一、功率场效应晶体管结构和工作原理*MOSFET的结构图及电路符号(a)N沟道增强型结构图(b)N沟道增强型符号(c)P沟道增强型符号■一、功率场效应晶体管结构和工作原理*N沟道增强型P-MOSFET的基本工作特性截止：漏源极间加正电压偏置，栅源极间电压为零（UDS0，UGS=0)导电：在栅源极间加正电压UGS当UGSUT（开启电压或阈值电压，典型值2～4V）时，漏极和源极导电■二、功率场效应晶体管的基本特性*2.P-MOSFET的静态工作特性1）输出特性P-MOSFET的静态工作特性如图所示，漏极伏安特性又称输出特性，可以分为三个区：可变电阻区Ⅰ，饱和区Ⅱ，击穿区Ⅲ。电力电子电路中P-MOSFET工作在开关状态。P-MOSFET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。P-MOSFET的通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。■二、功率场效应晶体管的基本特性*P－MOSFET静态工作特性（a）漏极伏安特性（b）转移特性（a）（b）■二、功率场效应晶体管的基本特性*2）转移特性漏极电流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图中所示的UGS(th)为开启电压，只有时才会出现导电沟道，产生漏极电流iD。■二、功率场效应晶体管的基本特性*3、P-MOSFET的动态工作特性1）输入等效电容模型P-MOSFET是多数载流子器件，不存在少数载流子特有的存储效应，因此开关时间很短，影响开关速度的主要是器件极间电容。输入电容：■二、功率场效应晶体管的基本特性*2）P-MOSFET的开关波形?■(a)测试电路(b)开关过程波形二、功率场效应晶体管的基本特性*（1）开通过程开通延迟时间td(on)——Up前沿时刻到UGS=UGS(th)并开始出现iD的时刻间的时间段上升时间tr——UGS从UGS(th)上升到MOSFET进入非饱和区的栅压UGSP的时间段iD稳态值由漏极电源电压UE和漏极负载电阻RL决定UGSP的大小和iD的稳态值有关UGS达到UGSP后，在Up作用下继续升高直至达到稳态，但iD已不变?开通时间ton——开通延迟时间与上升时间之和■二、功率场效应晶体管的基本特性*（2）关断过程关断延迟时间td(off)