功率场效应管原理29页word资料.docx
《功率场效应管原理29页word资料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《功率场效应管原理29页word资料.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
功率场效应管原理29页word资料
功率场效应晶体管（MOSFET）原理
要练说，先练胆。
说话胆小是幼儿语言发展的障碍。
不少幼儿当众说话时显得胆怯：
有的结巴重复，面红耳赤；有的声音极低，自讲自听；有的低头不语，扯衣服，扭身子。
总之，说话时外部表现不自然。
我抓住练胆这个关键，面向全体，偏向差生。
一是和幼儿建立和谐的语言交流关系。
每当和幼儿讲话时，我总是笑脸相迎，声音亲切，动作亲昵，消除幼儿畏惧心理，让他能主动的、无拘无束地和我交谈。
二是注重培养幼儿敢于当众说话的习惯。
或在课堂教学中，改变过去老师讲学生听的传统的教学模式，取消了先举手后发言的约束，多采取自由讨论和谈话的形式，给每个幼儿较多的当众说话的机会，培养幼儿爱说话敢说话的兴趣，对一些说话有困难的幼儿，我总是认真地耐心地听，热情地帮助和鼓励他把话说完、说好，增强其说话的勇气和把话说好的信心。
三是要提明确的说话要求，在说话训练中不断提高，我要求每个幼儿在说话时要仪态大方，口齿清楚，声音响亮，学会用眼神。
对说得好的幼儿，即使是某一方面，我都抓住教育，提出表扬，并要其他幼儿模仿。
长期坚持，不断训练，幼儿说话胆量也在不断提高。
功率场效应管（PowerMOSFET）也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
要练说，先练胆。
说话胆小是幼儿语言发展的障碍。
不少幼儿当众说话时显得胆怯：
有的结巴重复，面红耳赤；有的声音极低，自讲自听；有的低头不语，扯衣服，扭身子。
总之，说话时外部表现不自然。
我抓住练胆这个关键，面向全体，偏向差生。
一是和幼儿建立和谐的语言交流关系。
每当和幼儿讲话时，我总是笑脸相迎，声音亲切，动作亲昵，消除幼儿畏惧心理，让他能主动的、无拘无束地和我交谈。
二是注重培养幼儿敢于当众说话的习惯。
或在课堂教学中，改变过去老师讲学生听的传统的教学模式，取消了先举手后发言的约束，多采取自由讨论和谈话的形式，给每个幼儿较多的当众说话的机会，培养幼儿爱说话敢说话的兴趣，对一些说话有困难的幼儿，我总是认真地耐心地听，热情地帮助和鼓励他把话说完、说好，增强其说话的勇气和把话说好的信心。
三是要提明确的说话要求，在说话训练中不断提高，我要求每个幼儿在说话时要仪态大方，口齿清楚，声音响亮，学会用眼神。
对说得好的幼儿，即使是某一方面，我都抓住教育，提出表扬，并要其他幼儿模仿。
长期坚持，不断训练，幼儿说话胆量也在不断提高。
一、电力场效应管的结构和工作原理
唐宋或更早之前，针对“经学”“律学”“算学”和“书学”各科目，其相应传授者称为“博士”，这与当今“博士”含义已经相去甚远。
而对那些特别讲授“武事”或讲解“经籍”者，又称“讲师”。
“教授”和“助教”均原为学官称谓。
前者始于宋，乃“宗学”“律学”“医学”“武学”等科目的讲授者；而后者则于西晋武帝时代即已设立了，主要协助国子、博士培养生徒。
“助教”在古代不仅要作入流的学问，其教书育人的职责也十分明晰。
唐代国子学、太学等所设之“助教”一席，也是当朝打眼的学官。
至明清两代，只设国子监（国子学）一科的“助教”，其身价不谓显赫，也称得上朝廷要员。
至此，无论是“博士”“讲师”，还是“教授”“助教”，其今日教师应具有的基本概念都具有了。
电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：
V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1（a）所示。
电气符号，如图1（b）所示。
电力场效应晶体管有3个端子：
漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压UGS，并且使UGS大于或等于管子的开启电压UT，则管子开通，在漏、源极间流过电流ID。
UGS超过UT越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数
PowerMOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
{{分页}}
1、静态特性
（1）输出特性
输出特性即是漏极的伏安特性。
特性曲线，如图2（b）所示。
由图所见，输出特性分为截止、饱和与非饱和3个区域。
这里饱和、非饱和的概念与GTR不同。
饱和是指漏极电流ID不随漏源电压UDS的增加而增加，也就是基本保持不变；非饱和是指地UCS一定时，ID随UDS增加呈线性关系变化。
（2）转移特性
转移特性表示漏极电流ID与栅源之间电压UGS的转移特性关系曲线，如图2（a）所示。
转移特性可表示出器件的放大能力，并且是与GTR中的电流增益β相似。
由于PowerMOSFET是压控器件，因此用跨导这一参数来表示。
跨导定义为
（1）
图中UT为开启电压，只有当UGS=UT时才会出现导电沟道，产生漏极电流ID。
2、 主要参数
（1） 漏极击穿电压BUD
BUD是不使器件击穿的极限参数，它大于漏极电压额定值。
BUD随结温的升高而升高，这点正好与GTR和GTO相反。
（2） 漏极额定电压UD
UD是器件的标称额定值。
（3） 漏极电流ID和IDM
ID是漏极直流电流的额定参数；IDM是漏极脉冲电流幅值。
（4） 栅极开启电压UT
UT又称阀值电压，是开通PowerMOSFET的栅-源电压，它为转移特性的特性曲线与横轴的交点。
施加的栅源电压不能太大，否则将击穿器件。
（5） 跨导gm
gm是表征PowerMOSFET栅极控制能力的参数。
{{分页}}
三、电力场效应管的动态特性和主要参数
1、 动态特性
动态特性主要描述输入量与输出量之间的时间关系，它影响器件的开关过程。
由于该器件为单极型，靠多数载流子导电，因此开关速度快、时间短，一般在纳秒数量级。
PowerMOSFET的动态特性。
如图3所示。
PowerMOSFET的动态特性用图3（a）电路测试。
图中，up为矩形脉冲电压信号源；RS为信号源内阻；RG为栅极电阻；RL为漏极负载电阻；RF用以检测漏极电流。
PowerMOSFET的开关过程波形，如图3（b）所示。
PowerMOSFET的开通过程：
由于PowerMOSFET有输入电容，因此当脉冲电压up的上升沿到来时，输入电容有一个充电过程，栅极电压uGS按指数曲线上升。
当uGS上升到开启电压UT时，开始形成导电沟道并出现漏极电流iD。
从up前沿时刻到uGS=UT，且开始出现iD的时刻，这段时间称为开通延时时间td（on）。
此后，iD随uGS的上升而上升，uGS从开启电压UT上升到PowerMOSFET临近饱和区的栅极电压uGSP这段时间，称为上升时间tr。
这样PowerMOSFET的开通时间
ton=td（on）+tr
（2）
PowerMOSFET的关断过程：
当up信号电压下降到0时，栅极输入电容上储存的电荷通过电阻RS和RG放电，使栅极电压按指数曲线下降，当下降到uGSP继续下降，iD才开始减小，这段时间称为关断延时时间td（off）。
此后，输入电容继续放电，uGS继续下降，iD也继续下降，到uGST时导电沟道消失，iD=0，这段时间称为下降时间tf。
这样PowerMOSFET的关断时间
toff=td（off）+tf （3）
从上述分析可知，要提高器件的开关速度，则必须减小开关时间。
在输入电容一定的情况下，可以通过降低驱动电路的内阻RS来加快开关速度。
电力场效应管晶体管是压控器件，在静态时几乎不输入电流。
但在开关过程中，需要对输入电容进行充放电，故仍需要一定的驱动功率。
工作速度越快，需要的驱动功率越大。
{{分页}}
2、 动态参数
（1）极间电容
PowerMOSFET的3个极之间分别存在极间电容CGS，CGD，CDS。
通常生产厂家提供的是漏源极断路时的输入电容CiSS、共源极输出电容CoSS、反向转移电容CrSS。
它们之间的关系为
CiSS=CGS+CGD （4）
CoSS=CGD+CDS （5）
CrSS=CGD （6）
前面提到的输入电容可近似地用CiSS来代替。
（2）漏源电压上升率
器件的动态特性还受漏源电压上升率的限制，过高的du/dt可能导致电路性能变差，甚至引起器件损坏。
四、电力场效应管的安全工作区
1、 正向偏置安全工作区
正向偏置安全工作区，如图4所示。
它是由最大漏源电压极限线I、最大漏极电流极限线Ⅱ、漏源通态电阻线Ⅲ和最大功耗限制线Ⅳ，4条边界极限所包围的区域。
图中示出了4种情况：
直流DC，脉宽10ms，1ms,10μs。
它与GTR安全工作区比有2个明显的区别：
①因无二次击穿问题，所以不存在二次击穿功率PSB限制线；②因为它通态电阻较大，导通功耗也较大，所以不仅受最大漏极电流的限制，而且还受通态电阻的限制。
2、 开关安全工作区
开关安全工作区为器件工作的极限范围，如图5所示。
它是由最大峰值电流IDM、最小漏极击穿电压BUDS和最大结温TJM决定的，超出该区域，器件将损坏。
3、 转换安全工作区
因电力场效应管工作频率高，经常处于转换过程中，而器件中又存在寄生等效二极管，它影响到管子的转换问题。
为限制寄生二极管的反向恢复电荷的数值，有时还需定义转换安全工作区。
器件在实际应用中，安全工作区应留有一定的富裕度。
五、电力场效应管的驱动和保护
1、 电力场效应管的驱动电路
电力场效应管是单极型压控器件，开关速度快。
但存在极间电容，器件功率越大，极间电容也越大。
为提高其开关速度，要求驱动电路必须有足够高的输出电压、较高的电压上升率、较小的输出电阻。
另外，还需要一定的栅极驱动电流。
开通时，栅极电流可由下式计算：
IGon=CiSSuGS/tr=（GGS+CGD）uGS/tr （7）
关断时，栅极电流由下式计算：
IGoff=CGDuDS/tf （8）
式（7）是选取开通驱动元件的主要依据，式（8）是选取关断驱动元件的主要依据。
为了满足对电力场效应管驱动信号的要求，一般采用双电源供电，其输出与器件之间可采用直接耦合或隔离器耦合。
电力场效应管的一种分立元件驱电路，如图6所示。
电路由输入光电隔离和信号放大两部分组成。
当输入信号ui为0时，光电耦合器截止，运算放大器A输出低电平，三极管V3导通，驱动电路约输出负20V驱动电压，使电力场效应管关断。
当输入信号ui为正时，光耦导通，运放A输出高电平，三极管V2导通，驱动电路约输出正20V电压，使电力场效应管开通。
{{分页}}
MOSFET的集成驱动电路种类很多，下面简单介绍其中几种：
IR2130是美国生产的28引脚集成驱动电路，可以驱动电压不高于600V电路中
升级会员 