变频电源中功率 MOSFET 的结构与类型

2017-06-04 72 0

MOSFET 原意为 MOS(Metal Oxide Semiconductor,金属氧化物半导体)与 FET(Field Effect Transistor,场效应晶体管),即以金属层(M)的栅极隔着氧化层(O)利用电场效应来控制半导体(S)的场效应晶体管。

功率场效应晶体管也分结型与绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的 MOS 型,简称功率 MOSFET(Power MOSFET)。结型功率场效应晶体管一般称静电感应晶体管(Static Induction Transistor, SIT)。其特点是用栅极电压控制漏极电流,驱动电路简单、驱动功率小、开关速度快、工作频率高、热稳定性优于 GTR,但电流容量小、耐压低,一般仅适用于功率不超过 10 kW 的电力电子装置。

功率 MOSFET 的种类:按导电沟道分为 P 沟道与 N 沟道;按栅极电压幅值分为耗尽型与增强型(耗尽型栅极电压为零时漏源极间即存在导电沟道,增强型对 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。

功率 MOSFET 的内部结构与电气符号如图1-1 所示。其导通时只有一种极性的载流子(多数载流子)参与导电,属单极型晶体管;导电机理与小功率 MOS 管相同,但结构差异较大:小功率 MOS 管是横向导电器件,功率 MOSFET 大都采用垂直导电结构(又称 VMOSFET、Vertical MOSFET),大大提高了器件的耐压与耐电流能力。

图1-1 功率 MOSFET 的结构和电气图形符号

按垂直导电结构差异,又分为利用 V 型槽实现垂直导电的 VVMOSFET 与具有垂直导电双扩散 MOS 结构的 VDMOSFET(Vertical Double-diffused MOSFET),本文以 VDMOS 器件为例讨论。功率 MOSFET 为多元集成结构,如国际整流器公司(International Rectifier)的 HEXFET 采用六边形单元、西门子公司的 SIPMOSFET 采用正方形单元、摩托罗拉公司的 TMOS 采用矩形单元按“品”字形排列。

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