<meter id="pryje"><nav id="pryje"><delect id="pryje"></delect></nav></meter>
          <label id="pryje"></label>

          新聞中心

          EEPW首頁 > 電源與新能源 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 功率MOSFET的由來及結(jié)構(gòu)原理淺談

          功率MOSFET的由來及結(jié)構(gòu)原理淺談

          作者: 時(shí)間:2013-11-20 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            什么是

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/227903.htm

            我們都懂得如何利用來實(shí)現(xiàn)開關(guān),但是,我們只能對(duì)其進(jìn)行開關(guān)操作,而不能逐漸控制信號(hào)流。此外,作為開關(guān)取決于信號(hào)流的方向;我們不能對(duì)其編程以通過或屏蔽一個(gè)信號(hào)。對(duì)于諸如“流控制”或可編程開關(guān)之類的應(yīng)用,我們需要一種三端器件和雙極型三極管。我們都聽說過Bardeen Brattain,是他們偶然之間發(fā)明了三極管,就像許多其它偉大的發(fā)現(xiàn)一樣。

            結(jié)構(gòu)上,它由兩個(gè)背靠背的結(jié)實(shí)現(xiàn)(這不是一筆大交易,早在Bardeen之前,我們可能就是采用相同的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了共陰極),但是,在功能上它是完全不同的器件,就像一個(gè)控制發(fā)射極電流流動(dòng)的“龍頭”—操作龍頭的“手”就是基極電流。雙極型三極管因此就是電流受控的器件。

            場效應(yīng)三極管(FET)盡管結(jié)構(gòu)上不同,但是,提供相同的“龍頭”功能。差異在于:FET是電壓受控器件;你不需要基極電流,而是要用電壓實(shí)施電流控制。雙極型三極管誕生于1947年,不久之后一對(duì)杰出的父子Shockley和Pearson就發(fā)明了(至少是概念)FET。為了與較早出現(xiàn)的雙極型“孿生兄弟”相區(qū)別,F(xiàn)ET的三個(gè)電極分別被稱為漏極、柵極和源極,對(duì)應(yīng)的三極管的三個(gè)電極分別是集電極、基極和發(fā)射極。FET有兩個(gè)主要變種,它們針對(duì)不同類型的應(yīng)用做了最優(yōu)化。JFET(結(jié)型FET)被用于小信號(hào)處理,而MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體FET)主要被用于線性或開關(guān)電源應(yīng)用。

            為什么要發(fā)明

            當(dāng)把雙極型三極管按照比例提高到功率應(yīng)用的時(shí)候,它顯露出一些惱人的局限性。確實(shí),你仍然可以在洗衣機(jī)、空調(diào)機(jī)和電冰箱中找到它們的蹤影,但是,對(duì)我們這些能夠忍受一定程度的家用電器低效能的一般消費(fèi)者來說,這些應(yīng)用都是低功率應(yīng)用。在一些UPS、電機(jī)控制或焊接機(jī)器人中仍然采用雙極型三極管,但是,它們的用途實(shí)際上被限制到小于10KHz的應(yīng)用,并且在整體效率成為關(guān)鍵參數(shù)的技術(shù)前沿應(yīng)用中,它們正加速退出。

            作為雙極型器件,三極管依賴于被注入到基極的少數(shù)載流子來“擊敗”(電子和空穴)復(fù)合并被再次注入集電極。為了維持大的集電極電流,我們要從發(fā)射極一側(cè)把電流注入基極,如果可能的話,在基極/集電極的邊界恢復(fù)所有的電流(意味著在基極的復(fù)合要保持為最小)。

            但是,這意味著當(dāng)我們想要三極管打開的時(shí)候,在基極中存在復(fù)合因子低的大量少數(shù)載流子,開關(guān)在閉合之前要對(duì)它們進(jìn)行處理,換言之,與所有少數(shù)載流子器件相關(guān)的存儲(chǔ)電荷問題限制了最大工作速度。FET的主要優(yōu)勢目前帶來了一線曙光:作為多數(shù)載流子器件,不存在已存儲(chǔ)的少數(shù)電荷問題,因此,其工作頻率要高得多。MOSFET的開關(guān)延遲特性完全是因?yàn)榧纳娙莸某潆姾头烹姟?/p>

            人們可能會(huì)說:在高頻應(yīng)用中需要開關(guān)速度快的MOSFET,但是,在我的速度相對(duì)較低的電路中,為什么要采用這種器件?答案是直截了當(dāng)?shù)模焊纳菩省T撈骷陂_關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間間隔期間,既具有大電流,又具有高電壓;由于器件的工作速度更快,所以,所損耗的能量就較少。在許多應(yīng)用中,僅僅這個(gè)優(yōu)勢就足以補(bǔ)償較高電壓MOSFET存在的導(dǎo)通損耗稍高的問題,例如,如果不用它的話,頻率為150KHz以上的開關(guān)模式電源(SMPS)根本就無法實(shí)現(xiàn)。

            雙極型三極管受電流驅(qū)動(dòng),實(shí)際上,因?yàn)樵鲆?集電極和基極電流之比)隨集電極電流(IC)的增加而大幅度降低,我們要驅(qū)動(dòng)的電流越大,則我們需要提供給基極的電流也越大。一個(gè)結(jié)果使雙極型三極管開始消耗大量的控制功率,從而降低了整個(gè)電路的效率。

            使事情更糟糕的是:這種缺點(diǎn)在工作溫度更高的情況下會(huì)加重。另外一個(gè)結(jié)果是需要能夠快速泵出和吸收電流的相當(dāng)復(fù)雜的基極驅(qū)動(dòng)電路。相比之下,(MOS)FET這種器件在柵極實(shí)際上消耗的電流為零;甚至在125°C的典型柵極電流都小于100nA。一旦寄生電容被充電,由驅(qū)動(dòng)電路提供的泄漏電流就非常低。此外,用電壓驅(qū)動(dòng)比用電流驅(qū)動(dòng)的電路簡單,這正是(MOS)FET為什么對(duì)設(shè)計(jì)工程師如此有吸引力的另外一個(gè)原因?! ×硪环矫?,其主要優(yōu)點(diǎn)是不存在二次損壞機(jī)制。如果嘗試用雙極型三極管來阻塞大量的功率,在任何半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的不可避免的本地缺陷將扮演聚集電流的作用,結(jié)果將局部加熱硅片。因?yàn)殡娮璧臏囟认禂?shù)是負(fù)的,本地缺陷將起到低阻電流路徑的作用,導(dǎo)致流入它的電流更多,自身發(fā)熱越來越多,最終出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的破壞。相比之下,MOSFET具有正的電阻熱系數(shù)。

            另一方面,隨著溫度的升高,RDS(on)增加的劣勢可以被感察覺到,由于載子移動(dòng)性在25°C和125°C之間降低,這個(gè)重要的參數(shù)大概要翻番。再一方面,這同一個(gè)現(xiàn)象帶來了巨大的優(yōu)勢:任何試圖像上述那樣發(fā)生作用的缺陷實(shí)際上都會(huì)從它分流—我們將看到的是“冷卻點(diǎn)”而不是對(duì)雙極器件的“熱點(diǎn)”特性!這種自冷卻機(jī)制的同等重要的結(jié)果是便于并聯(lián)MOSFET以提升某種器件的電流性能。

            雙極型三極管對(duì)于并聯(lián)非常敏感,要采取預(yù)防措施以平分電流(發(fā)射極穩(wěn)定電阻、快速響應(yīng)電流感應(yīng)反饋環(huán)路),否則,具有最低飽和電壓的器件會(huì)轉(zhuǎn)移大部分的電流,從而出現(xiàn)上述的過熱并最終導(dǎo)致短路。

            要注意MOSFET,除了設(shè)計(jì)保險(xiǎn)的對(duì)稱電路和平衡柵極之外,它們不需要其它措施就可以被并聯(lián)起來,所以,它們同等地打開,讓所有的三極管中流過相同大小的電流。此外,好處還在于如果柵極沒有獲得平衡,并且溝道打開的程度不同,這仍然會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)條件下存在一定的漏極電流,并且比其它的要稍大。

            對(duì)設(shè)計(jì)工程師有吸引力的一個(gè)有用功能是MOSFET具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu):在源極和漏極之間存在“寄生”體。盡管它沒有對(duì)快速開關(guān)或低導(dǎo)通損耗進(jìn)行最優(yōu)化,在電感負(fù)載開關(guān)應(yīng)用中,它不需要增加額外的成本就起到了箝位二極管的作用。

            MOSFET結(jié)構(gòu)

            JFET的基本想法(圖1)是通過調(diào)節(jié)(

          二極管相關(guān)文章:二極管工作原理(史上最強(qiáng)二極管攻略)


          模擬電路相關(guān)文章:模擬電路基礎(chǔ)



          上一頁 1 2 下一頁

          關(guān)鍵詞: 功率MOSFET IGBT 二極管

          評(píng)論


          相關(guān)推薦

          技術(shù)專區(qū)

          關(guān)閉
          看屁屁www成人影院,亚洲人妻成人图片,亚洲精品成人午夜在线,日韩在线 欧美成人 (function(){ var bp = document.createElement('script'); var curProtocol = window.location.protocol.split(':')[0]; if (curProtocol === 'https') { bp.src = 'https://zz.bdstatic.com/linksubmit/push.js'; } else { bp.src = 'http://push.zhanzhang.baidu.com/push.js'; } var s = document.getElementsByTagName("script")[0]; s.parentNode.insertBefore(bp, s); })();