功率半導(dǎo)體器件分析及功率MOS管主要參數(shù)-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2021-01-26
電力電子器件(Power Electronic Device),又稱(chēng)為功率半導(dǎo)體器件,用于電能變換和電能控制電路中的大功率(通常指電流為數(shù)十至數(shù)千安,電壓為數(shù)百伏以上)電子器件。
可以分為半控型器件、全控型器件和不可控型器件,其中晶閘管為半控型器件,承受電壓和電流容量在所有器件中最高;電力二極管為不可控器件,結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單,工作可靠;
還可以分為電壓驅(qū)動(dòng)型器件和電流驅(qū)動(dòng)型器件,其中GTO、GTR為電流驅(qū)動(dòng)型器件,IGBT、電力MOSFET為電壓驅(qū)動(dòng)型器件。
功率半導(dǎo)體器件是集成電路一個(gè)非常重要的組成部分,市場(chǎng)空間有400多億美元,從大方面講有200多億美元是功率IC,還有100多億是功率器件。
手機(jī)充電器,手機(jī)當(dāng)中都會(huì)有功率器件。功率器件主要的部分,體量比較大的是IGBT。把IGBT、VDMOS做好,就是一個(gè)很好的硬件廠商。
IGBT模塊是雙子器件,它的特點(diǎn)是頻率低一點(diǎn),但是能量密度稍微大一點(diǎn)。所以像在新能源汽車(chē),軌道交通應(yīng)用得更廣泛。
電力二極管:結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單,工作可靠。
晶閘管:承受電壓和電流容量在所有器件中最高。
IGBT:開(kāi)關(guān)速度高,開(kāi)關(guān)損耗小,具有耐脈沖電流沖擊的能力,通態(tài)壓降較低,輸入阻抗高,為電壓驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)功率??;缺點(diǎn):開(kāi)關(guān)速度低于電力MOSFET,電壓,電流容量不及GTO。
GTR:耐壓高,電流大,開(kāi)關(guān)特性好,通流能力強(qiáng),飽和壓降低;缺點(diǎn):開(kāi)關(guān)速度低,為電流驅(qū)動(dòng),所需驅(qū)動(dòng)功率大,驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜,存在二次擊穿問(wèn)題。
GTO:電壓、電流容量大,適用于大功率場(chǎng)合,具有電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng),其通流能力很強(qiáng);缺點(diǎn):電流關(guān)斷增益很小,關(guān)斷時(shí)門(mén)極負(fù)脈沖電流大,開(kāi)關(guān)速度低,驅(qū)動(dòng)功率大,驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜,開(kāi)關(guān)頻率低。
電力MOSFET:開(kāi)關(guān)速度快,輸入阻抗高,熱穩(wěn)定性好,所需驅(qū)動(dòng)功率小且驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單,工作頻率高,不存在二次擊穿問(wèn)題;缺點(diǎn):電流容量小,耐壓低,一般只適用于功率不超過(guò)10kW的電力電子裝置。
制約因素:耐壓,電流容量,開(kāi)關(guān)的速度。
功率MOS管主要參數(shù)
V(BR)DSS:漏-源擊穿電壓(破壞電壓)
V(BR)DSS(有時(shí)候叫做VBDSS)是指在特定的溫度和柵源短接情況下,流過(guò)漏極電流達(dá)到一個(gè)特定值時(shí)的漏源電壓。這種情況下的漏源電壓為雪崩擊穿電壓。
V(BR)DSS 是正溫度系數(shù),溫度低時(shí)V(BR)DSS小于25℃時(shí)的漏源電壓的最大額定值。在-50℃, V(BR)DSS大約是25℃時(shí)最大漏源額定電壓的90%。
VGS(th),VGS(off):閾值電壓
VGS(th) 是指加的柵源電壓能使漏極開(kāi)始有電流,或關(guān)斷MOSFET時(shí)電流消失時(shí)的電壓,測(cè)試的條件(漏極電流,漏源電壓,結(jié)溫)也是有規(guī)格的。
正常情況下,所有的MOS柵極器件的閾值電壓都會(huì)有所不同。因此,VGS(th)的變化范圍是規(guī)定好的。VGS(th)是負(fù)溫度系數(shù),當(dāng)溫度上升時(shí),MOSFET將會(huì)在比較低的柵源電壓下開(kāi)啟。
RDS(on):導(dǎo)通電阻
RDS(on) 是指在特定的漏電流(通常為ID電流的一半)、柵源電壓和25℃的情況下測(cè)得的漏-源電阻。
IDSS:零柵壓漏極電流
IDSS 是指在當(dāng)柵源電壓為零時(shí),在特定的漏源電壓下的漏源之間泄漏電流。既然泄漏電流隨著溫度的增加而增大,IDSS在室溫和高溫下都有規(guī)定。漏電流造成的功耗可以用IDSS乘以漏源之間的電壓計(jì)算,通常這部分功耗可以忽略不計(jì)。
IGSS -柵源漏電流
IGSS是指在特定的柵源電壓情況下流過(guò)柵極的漏電流。
Ciss:輸入電容
將漏源短接,用交流信號(hào)測(cè)得的柵極和源極之間的電容就是輸入電容。Ciss是由柵漏電容Cgd和柵源電容Cgs并聯(lián)而成,或者Ciss = Cgs +Cgd。
當(dāng)輸入電容充電致閾值電壓時(shí)器件才能開(kāi)啟,放電致一定值時(shí)器件才可以關(guān)斷。因此驅(qū)動(dòng)電路和Ciss對(duì)器件的開(kāi)啟和關(guān)斷延時(shí)有著直接的影響。
Coss:輸出電容
將柵源短接,用交流信號(hào)測(cè)得的漏極和源極之間的電容就是輸出電容。Coss是由漏源電容Cds和柵漏電容Cgd并聯(lián)而成,或者Coss = Cds +Cgd對(duì)于軟開(kāi)關(guān)的應(yīng)用,Coss非常重要,因?yàn)樗赡芤痣娐返闹C振。
Crss:反向傳輸電容
在源極接地的情況下,測(cè)得的漏極和柵極之間的電容為反向傳輸電容。
反向傳輸電容等同于柵漏電容。Cres =Cgd,反向傳輸電容也常叫做米勒電容,對(duì)于開(kāi)關(guān)的上升和下降時(shí)間來(lái)說(shuō)是其中一個(gè)重要的參數(shù),他還影響這關(guān)斷延時(shí)時(shí)間。
電容隨著漏源電壓的增加而減小,尤其是輸出電容和反向傳輸電容。
Qgs,Qgd,和Qg:柵電荷柵電荷值反應(yīng)存儲(chǔ)在端子間電容上的電荷,既然開(kāi)關(guān)的瞬間,電容上的電荷隨電壓的變化而變化,所以設(shè)計(jì)柵驅(qū)動(dòng)電路時(shí)經(jīng)常要考慮柵電荷的影響。
td(on):導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間
導(dǎo)通延時(shí)時(shí)間是從當(dāng)柵源電壓上升到10%柵驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)到漏電流升到規(guī)定電流的10%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。
td(off):關(guān)斷延時(shí)時(shí)間
關(guān)斷延時(shí)時(shí)間是從當(dāng)柵源電壓下降到90%柵驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)到漏電流降至規(guī)定電流的90%時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間。這顯示電流傳輸?shù)截?fù)載之前所經(jīng)歷的延遲。
tr:上升時(shí)間
上升時(shí)間是漏極電流從10%上升到90%所經(jīng)歷的時(shí)間。
tf:下降時(shí)間
下降時(shí)間是漏極電流從90%下降到10%所經(jīng)歷的時(shí)間。
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