如何區分MOS管和IGBT管?
答:這個問答題屬於高階技師應知應會的題目,即使是本人回答了,估計部分人看不懂得。
MOS管又稱為電力場效應電晶體( Power MOSFEt)是近些年獲得最快發展的一種單極型電壓控制器件,不但有自關斷能力,而且具有輸入阻抗 高、可以直接與數字邏輯積體電路連線、驅動電路簡單功耗小、開關速度快達50kH、開關損耗小、熱穩定性好、不存在 二次擊穿問題和工作可靠等優點。可應用於DC/DC變換、開關電源、行動式電子裝置等電子電器裝置中,但工作電壓還不能太高,電流容量也不能太大,所以目前只適用於小功率電力電子裝置。
1.電力場效應電晶體的結構和工作原理
電力場效應電晶體有多種結構形式,按導電溝道可分為P溝道和N溝道,同時又有耗盡型和增強型之分。此處以應用較廣泛的單極 VDMOSFET、N溝道增強型為例,介紹電力場效應電晶體的結構和工作原理,其內部結構和圖形符號如下圖1-1所示。
電力場效應電晶體有三個引腳:源極S、柵極G、漏極D,在漏極接電源正極、源極接電源負極時,柵極和源極之間電壓為0,溝道不導通,管子處於截止狀態。若在柵極和源極之間加一正向電壓Ugs,並使Ugs等於或大於管子的開啟電壓U,此時管子開通,漏、源極間有電流Id流過。Ugs超過Ut越大,導電能力越強,漏極電流越大。
在圖1-1a中的A點處,源極金屬電極將N區和P區連線在一起,因此源、漏極之間形成了一個寄生二極體,MOSFET內部無反向電壓阻斷能力,常用圖1-1b表示。在變流電路中,為避免過大的反向電流流 過該器件而導致元件損壞,常在該器件外部並接快速二極體VD2和串接二極體VD1,如圖1-1c所示。
在N溝道增強型 MOSFET器件中,當柵源電壓Ugs為負值時,不可能出現溝道,因而無法溝通源區與漏區,即使柵源電壓為正但數值不夠大時,同樣不會出現溝道,使源區與漏區溝通。因此,在上述兩種情況下,MOSFET都處於關斷狀態,即使加上正向漏極電壓Ugs,也沒有漏極電流Id出現。只有當柵源電壓等於或大於開啟電壓時,才能形成溝道,把源區和漏區溝通,在正向漏極電壓下,使 MOSFET進入導通狀態。
2.應用電力場效應電晶體的注意事項
(1)防止靜電擊穿。由於MOSFET具有很高的輸入阻抗,因此,在靜電較強的場所洩放電荷困難,容易引起靜電擊穿,損壞器件,應予以防 止。
(2)防止偶然性振盪。
MOSFET在與測試儀器、插接盒等器件的輸入電容、輸入 電阻匹配不當時,可能會引起偶然性振盪,使器件損壞,因此,應在器件的柵極端子 外接10k0串聯電阻器,或在柵源極間外接約0.5μF的電容器
(3)防止過電流。負載的變化可能產生數值較大的衝擊電流,以致超過通態漏極流的最大額定值,因此,必須採取措施使器件迴路迅速斷開,避免損壞器件。
(4)防止過電壓
1)柵源間過電壓的防護。適當降低柵源間的阻抗,可在柵源間並接阻尼電阻或防止柵極開路。
2)漏源間過電壓的防護。在漏源間並接齊納二極體箝位或R C抑制網路等保護措施。
絕緣柵雙極型電晶體如下圖所示。
絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)又叫絕緣門極電晶體( Insulated Gate Bipolar Tran- SIstor),簡稱IGBT。絕緣柵雙極型電晶體是以場效應電晶體作為基極,以電力電晶體作為發射極與集電極複合而成的。因此,它綜合了 MOSFET與GTR的優點,既有MOSFET的輸入阻抗高、工作速度快、熱穩定性好和驅動電路簡單 等特點,又有GTR的載流能力強、耐壓高等特點,是很有發展前途的大功率自關斷電力器件。
1.絕緣柵雙極型電晶體的結構
絕緣柵雙極型電晶體也是一種三端器件,其結構圖、簡化等效電路和圖形符號如圖1-2所示。由圖可知,IGBT是在 MOSFET的基礎上增加了一個P層發射極,形成PN接面J1,由此引出漏極D,柵極G和源極S則完全與 MOSFET類似。
由圖1-2a的結構圖可以看出,lGBT相當於一個由 MOSFET驅動的具有厚基區的GTR,其等效電路如圖1-2b所示。圖中電阻Rdr是厚基區GTR基區內的擴充套件電阻。從等效電路可以看出,IGBT是以GTR為主導元件、 MOSFET為驅動元件的達林頓結構器件,這種結構叫N溝道IGBT,GTR為PNP型電晶體,MOSFET為N溝道型。
N溝道IGBT的圖形符號如圖1-2c和圖1-2d所示,對P溝道IGBT的圖形符號,僅將源極的箭頭方向反向即可。
2.絕緣柵雙極型電晶體的工作原理
絕緣柵雙極型電晶體的開通和關斷是由柵極電壓控制的。當 棚門極電壓為正時,MOSFET的溝道形成,為PNP電晶體提供基極電流,從而使GBT開通。此時,從P+區注入N-區的空穴(少數載流子)對N區進行電導調製、減少N-區的電阻Rdr,使耐高壓的IGBT具有低的通態壓降。在柵極上施以負電壓時,MOSFET的溝道消失,PNP電晶體的基極電流被切斷,IGBT關斷。
這個問答題比較深奧,本人也只是知道這麼多了。
知足常樂2019.5.2日於上海
如何區分MOS管和IGBT管?
答:這個問答題屬於高階技師應知應會的題目,即使是本人回答了,估計部分人看不懂得。
MOS管又稱為電力場效應電晶體( Power MOSFEt)是近些年獲得最快發展的一種單極型電壓控制器件,不但有自關斷能力,而且具有輸入阻抗 高、可以直接與數字邏輯積體電路連線、驅動電路簡單功耗小、開關速度快達50kH、開關損耗小、熱穩定性好、不存在 二次擊穿問題和工作可靠等優點。可應用於DC/DC變換、開關電源、行動式電子裝置等電子電器裝置中,但工作電壓還不能太高,電流容量也不能太大,所以目前只適用於小功率電力電子裝置。
1.電力場效應電晶體的結構和工作原理
電力場效應電晶體有多種結構形式,按導電溝道可分為P溝道和N溝道,同時又有耗盡型和增強型之分。此處以應用較廣泛的單極 VDMOSFET、N溝道增強型為例,介紹電力場效應電晶體的結構和工作原理,其內部結構和圖形符號如下圖1-1所示。
電力場效應電晶體有三個引腳:源極S、柵極G、漏極D,在漏極接電源正極、源極接電源負極時,柵極和源極之間電壓為0,溝道不導通,管子處於截止狀態。若在柵極和源極之間加一正向電壓Ugs,並使Ugs等於或大於管子的開啟電壓U,此時管子開通,漏、源極間有電流Id流過。Ugs超過Ut越大,導電能力越強,漏極電流越大。
在圖1-1a中的A點處,源極金屬電極將N區和P區連線在一起,因此源、漏極之間形成了一個寄生二極體,MOSFET內部無反向電壓阻斷能力,常用圖1-1b表示。在變流電路中,為避免過大的反向電流流 過該器件而導致元件損壞,常在該器件外部並接快速二極體VD2和串接二極體VD1,如圖1-1c所示。
在N溝道增強型 MOSFET器件中,當柵源電壓Ugs為負值時,不可能出現溝道,因而無法溝通源區與漏區,即使柵源電壓為正但數值不夠大時,同樣不會出現溝道,使源區與漏區溝通。因此,在上述兩種情況下,MOSFET都處於關斷狀態,即使加上正向漏極電壓Ugs,也沒有漏極電流Id出現。只有當柵源電壓等於或大於開啟電壓時,才能形成溝道,把源區和漏區溝通,在正向漏極電壓下,使 MOSFET進入導通狀態。
2.應用電力場效應電晶體的注意事項
(1)防止靜電擊穿。由於MOSFET具有很高的輸入阻抗,因此,在靜電較強的場所洩放電荷困難,容易引起靜電擊穿,損壞器件,應予以防 止。
(1)防止靜電擊穿。由於MOSFET具有很高的輸入阻抗,因此,在靜電較強的場所洩放電荷困難,容易引起靜電擊穿,損壞器件,應予以防 止。
(2)防止偶然性振盪。
MOSFET在與測試儀器、插接盒等器件的輸入電容、輸入 電阻匹配不當時,可能會引起偶然性振盪,使器件損壞,因此,應在器件的柵極端子 外接10k0串聯電阻器,或在柵源極間外接約0.5μF的電容器
(3)防止過電流。負載的變化可能產生數值較大的衝擊電流,以致超過通態漏極流的最大額定值,因此,必須採取措施使器件迴路迅速斷開,避免損壞器件。
(4)防止過電壓
1)柵源間過電壓的防護。適當降低柵源間的阻抗,可在柵源間並接阻尼電阻或防止柵極開路。
2)漏源間過電壓的防護。在漏源間並接齊納二極體箝位或R C抑制網路等保護措施。
絕緣柵雙極型電晶體如下圖所示。
絕緣柵雙極型電晶體(IGBT)又叫絕緣門極電晶體( Insulated Gate Bipolar Tran- SIstor),簡稱IGBT。絕緣柵雙極型電晶體是以場效應電晶體作為基極,以電力電晶體作為發射極與集電極複合而成的。因此,它綜合了 MOSFET與GTR的優點,既有MOSFET的輸入阻抗高、工作速度快、熱穩定性好和驅動電路簡單 等特點,又有GTR的載流能力強、耐壓高等特點,是很有發展前途的大功率自關斷電力器件。
1.絕緣柵雙極型電晶體的結構
絕緣柵雙極型電晶體也是一種三端器件,其結構圖、簡化等效電路和圖形符號如圖1-2所示。由圖可知,IGBT是在 MOSFET的基礎上增加了一個P層發射極,形成PN接面J1,由此引出漏極D,柵極G和源極S則完全與 MOSFET類似。
由圖1-2a的結構圖可以看出,lGBT相當於一個由 MOSFET驅動的具有厚基區的GTR,其等效電路如圖1-2b所示。圖中電阻Rdr是厚基區GTR基區內的擴充套件電阻。從等效電路可以看出,IGBT是以GTR為主導元件、 MOSFET為驅動元件的達林頓結構器件,這種結構叫N溝道IGBT,GTR為PNP型電晶體,MOSFET為N溝道型。
N溝道IGBT的圖形符號如圖1-2c和圖1-2d所示,對P溝道IGBT的圖形符號,僅將源極的箭頭方向反向即可。
2.絕緣柵雙極型電晶體的工作原理
絕緣柵雙極型電晶體的開通和關斷是由柵極電壓控制的。當 棚門極電壓為正時,MOSFET的溝道形成,為PNP電晶體提供基極電流,從而使GBT開通。此時,從P+區注入N-區的空穴(少數載流子)對N區進行電導調製、減少N-區的電阻Rdr,使耐高壓的IGBT具有低的通態壓降。在柵極上施以負電壓時,MOSFET的溝道消失,PNP電晶體的基極電流被切斷,IGBT關斷。
這個問答題比較深奧,本人也只是知道這麼多了。
知足常樂2019.5.2日於上海