功率 MOSFET 的静态特性与动态特性

2017-06-04 74 0

1. 静态特性

MOSFET 的转移特性和输出特性如图1-2 所示。漏极电流 ID 与栅源电压 UGS 的关系称为转移特性,ID 较大时二者近似线性,曲线斜率定义为跨导 Gfs

图1-2 电力 MOSFET 的转移特性和输出特性

MOSFET 的漏极伏安特性(输出特性)分几个区域:截止区(对应 GTR 截止区)、饱和区(对应 GTR 放大区)、非饱和区(对应 GTR 饱和区)。功率 MOSFET 工作在开关状态,即在截止区与非饱和区之间来回转换。功率 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。其通态电阻具正温度系数,对器件并联时的均流有利。

2. 动态特性

MOSFET 的测试电路与开关过程波形如图1-3 所示。开通过程技术参数有:开通延迟时间 td(on)——脉冲前沿时刻到 UGS=UT 并开始出现 iD 的时刻;上升时间 tr——UGS 从 UT 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与漏极负载电阻决定;UGSP 与 iD 稳态值有关,UGS 达 UGSP 后继续升高直至达稳态,但 iD 已不变。

图1-3 电力 MOSFET 的开关过程

开通时间 ton 为开通延迟时间与上升时间之和。关断延迟时间 td(off)——脉冲降至零起,输入电容经 Rs、RG 放电、UGS 按指数曲线下降到 UGSP,iD 开始减小为零的时间段;下降时间 tf——UGS 从 UGSP 继续下降起、iD 减小,到 UGS<UT 时沟道消失、iD 降到零为止的时间段。关断时间 toff 为关断延迟时间与下降时间之和。图中 Up 为脉冲信号源、Rs 为信号源内阻、RG 为栅极电阻、RL 为负载电阻、RF 为检测漏极电阻。

3. MOSFET 的开关速度

MOSFET 开关速度与输入电容 Cin 的充放电有很大关系。使用者无法降低 Cin,但可降低驱动电路内阻 Rs、减小时间常数、加快开关速度。MOSFET 只靠多子导电、无少子存贮效应,故关断过程非常迅速,开关时间在 10~100 ns 之间,工作频率可达 100 kHz 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,但开关过程中需对输入电容充放电、仍需一定驱动功率;开关频率越高所需驱动功率越大。

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