功率场效应晶体管

功率场效应晶体管是一种场效应晶体管这是专门用来处理高级别权力的。这些器件具有高开关速度,在低电压水平下,与其他普通mosfet相比,它们的工作性能要好得多。然而,它的工作原理与任何其他一般MOSFET相似。功率场效应晶体管中应用最广泛的是n通道增强模式或p通道增强模式或n通道消耗模式。
此外,还有各种各样的功率MOSFET结构,如垂直扩散MOS (VDMOS)或双扩散MOS或DMOS, UMOS或沟槽MOS, VMOS等。图1显示了由n衬底和n外延层组成的n衬底VDMOS,其中p和n+区域通过双扩散过程嵌入其中。

当栅源极电压为正时,通道在p型区域内形成。最重要的是,在这里,源端(S)被放置在漏端(D)之上,形成一个垂直结构。因此,在VDMOS中,电流在源极和漏极之间垂直地流过栅区下方,通过多个n+源极并联。因此,器件在开启状态R时提供的电阻DS(上)比能够处理高电流的普通mosfet要低得多。这电阻的设备被看作是双倍的当前的大约6%的增量(图2a)。另一方面,RDS(上)受连接温度的影响J(图2b),并被认为是积极的性质。

类似的,我们甚至可以有一个p底物功率场效应晶体管如果我们用p型替代N型材料,然后扭转极性电压应用。然而,它们的R值更高DS(上)与n基板器件相比,它们采用空穴作为主要载流子,而不是电子。尽管如此,这些还是更适合用作降压转换器。
功率场效应晶体管
功率场效应晶体管

虽然结构正常场效电晶体功率mosfet被认为是不同的,它们工作的基本原理没有改变。也就是说,两者的导通通道的形成是相同的,只不过是在栅端施加了适当的偏置而导致反转层。
因此,二者所表现出的传输特性(图3a)和输出特性(图3b)的性质几乎完全相同。

功率场效应晶体管
此外,值得注意的是,在基于垂直结构的功率mosfet中,外延层的掺杂和厚度决定电压额定值,而通道宽度决定电流额定值。这是它们能够维持高阻塞电压和大电流的原因,使它们适合于低功率开关应用。然而,即使是基于横向结构的mosfet也存在,其性能比基于垂直结构的设计更好,特别是在饱和工作区域,使其能够用于高端音频放大器。另一个功率MOSFET的优点当它们的正向压降随着温度的升高而增加时,它们可以相互平行,这样就可以保证所有分量之间的电流分布相等。功率场效应管被广泛用作电力供应的一部分,直流-直流转换器以及低压电机控制器。

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