全控型器件全控型器件又称为自关断器件，是指通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件。这类器件很多，门极可关断晶闸管，电力场效应晶体管，绝缘栅双极晶体管均属于此类。 与之对应的有半控型器件，即通过控制信号过可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件。这类器件主要是晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。 简介通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件被称为全控型器件，又称为自关断器件；这类器件很多，门极可关断晶闸管（Gate-Turn-Off Thyristor—GTO），电力场效应晶体管（Power MOSFET），绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate BipolarTransistor—IGBT）均属于此类。 电力场效应晶体管PowerMOSFET电力MOS场效应管通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET），简称电力MOSFET（Power MOSFET）。 结型电力场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。 是一种单极型的电压控制全控型器件。 特点——用栅极电压来控制漏极电流 输入阻抗高，驱动电路简单，需要的驱动功率小。 开关速度快，工作频率高。 热稳定性优于GTR。 电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。 电力MOSFET的种类 按导电沟道可分为P沟道和N沟道。 耗尽型——当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道。 增强型——对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道。 电力MOSFET主要是N沟道增强型。 电力MOSFET的结构 小功率MOS管是横向导电器件。 电力MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET）。 按垂直导电结构的差异，分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET）。 这里主要以VDMOS器件为例进行讨论。 电力MOSFET的工作原理（N沟道增强型VDMOS） 截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。 P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏，漏源极之间无电流流过。 导电：在栅源极间加正电压UGS 当UGS大于UT时，P型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电 。 电力MOSFET的基本特性 (1)静态特性 漏极电流ID和栅源间电压UGS的关系称为MOSFET的转移特性。 ID较大时，ID与UGS的关系近似线性，曲线的斜率定义为跨导Gfs。 (2)MOSFET的漏极伏安特性（即输出特性）： 截止区（对应于GTR的截止区） 饱和区（对应于GTR的放大区） 非饱和区（对应GTR的饱和区） 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导通。 通态电阻具有正温度系数，对器件并联时的均流有利。 (3)动态特性 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 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 MOSFET的开关速度 MOSFET的开关速度和Cin充放电有很大关系。 可降低驱动电路内阻Rs减小时间常数，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。 电力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： (1)漏极电压UDS——电力MOSFET电压定额 (2)漏极直流电流ID和漏极脉冲电流幅值IDM——电力MOSFET电流定额 (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 |
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