文档介绍：第一章电力半导体器件
电力电子器件概述
功率二极管
晶闸管
可关断晶闸管(GTO)
电力晶体管(GTR)
功率场效应晶体管(P-MOSFET)
绝缘栅双极型晶体管(IGBT的输出特性，即漏极伏安特性。
分为四个区：非饱和区（可变电阻区）、饱和区（恒流区）、击穿区（雪崩区）、截止区（UGS低于开启电压）
10
20
30
50
40
0
10
20
30
50
40
饱和区
非
饱
和
区
截止区
U
DS
/
V
U
GS
=
U
T
=3V
U
GS
=4V
U
GS
=5V
U
GS
=6V
U
GS
=7V
U
GS
=8V
I
D
/
A
图1-20 P-MOSFET的输出特性
1）静态特性
击
穿
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，具有正温度系数的直流电阻，对器件并联时的均流有利。
功率场效应晶体管绝缘栅双极型晶体管
P-MOSFET的基本特性
开通过程
开通延迟时间td(on)
上升时间tr
开通时间ton——开通延迟时间与上升时间之和
ton＝ td(on) ＋ tr
关断过程
关断延迟时间td(off)
下降时间tf
关断时间toff——关断延迟时间和下降时间之和
toff＝ td(off) ＋ tf
a
）
b
)
R
s
R
G
R
F
R
L
i
D
u
GS
u
p
i
D
信号
+
U
E
i
D
O
O
O
u
p
t
t
t
u
GS
u
GSP
u
T
t
d
(on)
t
r
t
d
(off)
t
f
图1-21 P-MOSFET的开关过程
a) 开关特性测试电路 b) 开关过程波形
up—脉冲信号源，Rs—信号源内阻，
RG—栅极电阻，
RL—负载电阻，RF—检测漏极电流
2)  动态特性
功率场效应晶体管绝缘栅双极型晶体管
P-MOSFET元件极间电容的等效电路
从中可以求得器件的：
输入电容： Cin＝CGS＋CGD。
输出电容: Cout＝CGD＋CDS。
反馈电容： Cr＝CGD。
正是Cin在开关过程中需要进行充、放电，影响了开关速度。同时也可看出，静态时虽栅极电流很小，驱动功率小，但动态时由于电容充放电电流有一定强度，故动态驱动仍需一定的栅极功率。开关频率越高，栅极驱动功率也越大。
功率场效应晶体管绝缘栅双极型晶体管
P-MOSFET的基本特性
MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系。
——P-MOSFET是多数载流子器件，不存在少数载流子特有的存贮效应，因此开关时间很短，典型值为20ns，影响开关速度的主要是器件极间电容。
可降低信号源驱动电路内阻Rs减小Ci 充、放电时间常数，加快开关速度。
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。
MOSFET的开关速度
功率场效应晶体管绝缘栅双极型晶体管
P-MOSFET的主要参数
除跨导Gfs、开启电压UT以及td(on)、tr、td(off)和tf之外还有：
——P-MOSFET电压定额
(1)  漏极电压UDS
(2) 漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM
——P-MOSFET电流定额,表征P-MOSFET的电流容量
(3) 栅源电压UGS
—— UGS>20V将导致绝缘层击穿。
(4) 极间电容
——极间电容CGS、CGD和CDS。前两者由MOS结构的绝缘层形成的，其电容量的大小由栅极的几何形状和绝缘层的厚度决定；后者由PN结构成，其数值大小由沟道面积和有关结的反偏程度决定。
功率场效应晶体管绝缘栅双极型晶体管
P-MOSFET的主要参数
——指在确定的栅源电压UGS下，P-MOSFET处于恒流区时的直流电阻，是影响最大输出功率的重要参数。
(5)  通态电阻Ron
(6)  漏源击穿电压BUDS
——该电压决定了P-MOSFET的最高工作电压
(7) 栅源击穿电压BUGS
——该电压表征了功率MOSFET栅源之间能承受的最高电压。
功率场效应晶体管绝缘栅双