1。概述

最初的含义是：MOS（金属氧化物半导体），FET（场效应晶体管），即，半导体（S）的场效应晶体管通过金属层（M）的栅极通过氧化物层（O）控制。

电场效应晶体管也分为连接类型和绝缘门类型，但通常主要指的是绝缘门类型中的MOS类型（FET），称为功率（）。连接电场效应晶体管通常称为静电感应晶体管（-SIT）。它的特征是排水电流由门电压控制。驾驶电路很简单，驾驶功率很小，开关速度很快，工作频率很高，并且热稳定性优于GTR。但是，其当前容量很小，并且承受电压很低。它通常仅适用于功率不超过10kW的电力电子设备。

2。功率结构和工作原理

功率类型：根据导电通道，可以将其分为P通道和N通道。根据门电压振幅，可以将其分为耗尽类型。当栅极电压为零时，排水和源之间有一个导电通道，以及增强的类型。对于n（p）通道设备，只有当栅极电压大于（小于）零时，才有一个导电通道，并且功率主要是N通道增强的类型。

2.1功率结构

电源的内部结构和电符号如图1所示；当它打开时，只有一个极性载体（多月）参与传导，并且是单极晶体管。导电机制与低功率的导电机理相同，但结构上存在很大差异。低功率MOS管是一种横向导电设备，大多数功率都采用了垂直导电结构，也称为（），它极大地改善了该设备的电压和电流电阻。

根据垂直导电结构的差异，它被分为（ - ），该（ - ）使用V形凹槽来实现垂直导电，并具有垂直导电双扩散MOS结构。本文主要讨论设备的例子。

功率是多变量的集成结构。例如，国际整流器公司（）使用六边形单元；西门子公司（）使用平方单位；摩托罗拉公司（）使用以“产品”形状排列的矩形单元。

2.2权力工作原理

截止值：在排水和源之间增加了正电源，并且门和源之间的电压为零。 P基座区域和N漂移区域之间形成的PN连接J1反向偏置，并且电流没有流过排水管和源。

电导率：在栅极和源之间应用正电压UG，并且门是绝缘的，因此不会流过栅极电流。但是，门的正压将推动其下方的P区域中的孔，吸引P区域中的少数电子 - 到栅极下方的P区域的表面

当UGS大于UT（在电压或阈值电压上）时，门下方P区域的电子浓度将超过孔浓度，从而导致P型半导体逆转到N型中，从而成为倒置层，从而形成了n频道，从而导致PN连接J1 j1 j1 j1 j1 j1 and and and and and and and and and 。

2.3力量的基本特征

2.3.1静态特征；它的传输特性和输出特性如图2所示。

排水当前ID与门源电压UGS之间的关系称为转移特性。当ID较大时，ID和UGS之间的关系大约是线性的，并且曲线的斜率被定义为跨导GFS

漏伏安特征（输出特征）：截止区域（对应于GTR的截止区域）；饱和区（对应于GTR的扩增区域）；不饱和区域（对应于GTR的饱和区域）。电源在开关状态下运行，即，开关在截止区域和不饱和区域之间来回。电源排和源之间有寄生二极管，当排水管和源之间施加反向电压时，设备将打开。功率的州电阻具有正温系数，这对并行连接时的设备当前共享有益。

2.3.2动态特征；其测试电路和开关过程波形如图3所示。

打开过程；启动延迟时间TD（ON） - 上升时间到达UGS = UT的时间之间的时间段，ID开始出现；

上升时间TR- UGS从UT到栅极电压UGSP进入不饱和区域的时间段；

ID稳态值取决于排水电源电压UE和排水负荷电阻。 UGSP的大小与ID的稳态值有关。在UGS到达UGSP之后，它一直在UP的作用下继续上升，直到达到稳态为止，但ID一直保持不变。

激活时间吨 - 激活延迟时间和上升时间的总和。

关机延迟时间TD（关闭） - UP下降至零，CIN通过RS和RG排放，UGS根据指数曲线降至UGSP，ID开始降至零。

下降时间TF- UGS从UGSP开始，ID降低到UGS

关闭时间toff - 关闭时间延迟时间和降落时间。

2.3.3开关速度。

开关速度与CIN充电和放电密切相关。用户无法减少CIN，但可以降低驱动电路RS的内部电阻，以减少时间恒定并加快开关速度。它仅依赖于多个亚电导率，并且没有较小的亚储存效应。因此，关闭过程非常迅速，切换时间在10之间，并且工作频率可以达到上方，这是主要电力电子设备中最高的。

静态时，现场控制设备几乎不需要输入电流。但是，在切换过程中，需要对输入电容器充电和放电，并且仍然需要一定的驾驶功率。开关频率越高，所需的驾驶功率就越大。

2.4动态性能改进

除了考虑设备时设备的电压，电流和频率外，您还必须掌握如何保护应用程序中的设备，以免在瞬态更改期间损坏设备。当然，晶闸管是两个双极晶体管的组合，以及大面积带来的大电容，因此其DV/DT能力相对脆弱。对于DI/DT，它也存在传导区扩展的问题，因此它也带来了相当严格的限制。

力量情况差异很大。它的DV/DT和DI/DT功能通常通过其每纳秒（而不是微秒）的能力来估计。但是，尽管如此，它也对动态性能有局限性。我们可以从权力的基本结构中理解这些。

图4显示了功率结构及其相应的等效电路。除了在设备的几乎每个部分中都存在电容器外，还必须考虑还有一个并行连接的二极管。同时，从某个角度来看，还有一个寄生晶体管。 （就像IGBT一样占锥子的含量）。这些方面是研究动态特征的非常重要的因素。

首先，连接到结构的内在二极管具有某些雪崩功能。它通常由单个雪崩能力和重复的雪崩能力表达。当反向DI/DT较大时，二极管将承受非常快的脉冲尖峰，该脉冲尖峰有可能进入雪崩区域，并且一旦超过其雪崩功能，它可能会损坏设备。作为任何PN连接二极管，仔细研究其动态特征是非常复杂的。当PN连接向前且逆转时，它们与阻止的简单概念大不相同。当电流迅速下降时，二极管在一个阶段失去了反向阻塞能力，即所谓的反向恢复时间。当需要PN连接迅速进行时，会有一段时间的电阻不足。一旦将二极管向前注入权力，注入的少数载体也会增加成为多s设备的复杂性。

在功率设计过程中，采取措施确保其中的寄生晶体管尽可能无效。这些措施之间的措施不同，但一般原则是使排水下的横向电阻RB尽可能小。因为寄生双极晶闸管只有当排水管的N区域的侧向电阻流过足够的电流以建立该N区域的正偏置条件时，才开始造成故障。但是，在严重的动态条件下，通过相应电容器引起的DV/DT引起的横向电流可能足够大。目前，寄生双极晶体管将开始，这可能会造成损坏。因此，在考虑瞬态性能时，必须注意电源设备内的所有电容器（是DV/DT的渠道）。

瞬态情况与线路条件密切相关，在应用中应给予足够的关注。您需要对设备有深入的了解，以帮助您理解和分析相应的问题。

3。高压原理和性能分析

在功率半导体设备中，高速，低切换损耗和低驾驶损失在各种功率转换中起着重要作用，尤其是高频电源转换。在低压场中，没有竞争对手，但是随着MOS的承受能力增加，电压的增加以2.4-2.6的功率增加。它的增长率将制造商和应用减少了数十次，以损害额定电流，抗性和成本之间的矛盾。即便如此，在额定连接温度下的抗性产生的传导电压下降仍然很高。额定电压超过500V，额定电流状况的额定连接温度非常高，并且具有承受电压超过800V的电压电压非常高。传导损失是总损失的2/3-4/5，这极大地限制了申请。

3.1降低高压抗性的原理和方法

3.1.1不同承受电压的抗性分布。

对于不同的承受电压，电阻的每个部分中电阻的比例分布也不同。例如，如果承受电压为30V，则其外延层电阻仅为总抗性的29％，而在600V的支撑层电阻为600V的96.5％是总抗性的96.5％。可以推断，可以推断出800V的承受电压的抗性几乎被外延层电阻占据。为了获得高阻断电压，必须使用并加重具有高电阻率的外延层。这是传统高压结构引起的高抗性的基本原因。

3.1.2减少高压抗性的想法。

尽管增加的死亡区域可以减少抗性，但商业产品不允许增加成本的成本。尽管引入少数族裔载体传导可以降低传导电压下降，但价格是开关速度的降低和尾流电流的发生，开关损耗的增加以及高速损失。

以上两种方法无法降低高压的抗性。其余的想法是如何分离导电通道的低掺杂，高电阻率区域和高掺杂和低电阻率。例如，除了低掺杂的高压承受只能增加抗性的外延层外，它没有其他目的。这样，是否可以通过高掺杂和低电阻率来实现导电通道，而在关闭时，可以以某种方式捏住此通道，以便整个设备承受电压仅取决于低掺杂的N-急诊层。基于这个想法，内置的横向电场承受了1988年的600V电压，这使这个想法实现了。内置横向电场的高电压剖面结构以及高阻挡电压和低电压如图5所示。

与传统的结构不同，内置横向电场的嵌入式垂直P区域三明治中间垂直导电区的n区域，因此，在OFF时，在垂直P和N之间建立了横向电场，并且垂直导电区域的N掺杂浓度比其外皮区域N-n-n--掺杂浓度高于其掺杂浓度。

当VGS <vth时，无法形成倒电场产生的N型导电通道，并且在D和S之间施加正电压，以反向偏置内部PN连接以形成耗竭层，并耗尽垂直导电的N-。如图5（b）所示，该耗尽层具有纵向高阻断电压，此时，设备的承受电压取决于P和N-的承受电压。因此，需要低掺杂和高电阻率。

当CGS> vth时，形成了反向电场产生的N型导电通道。源区域中的电子通过导电通道和正电荷进入耗尽的垂直N区域，从而恢复了耗尽的N型特征，从而形成了导电通道。由于垂直N区域的电阻率较低，因此抗性将明显低于常规的电阻率。

通过上述分析，我们可以看到阻塞电压和抗性分别位于不同的功能区域。将阻塞电压与对抗性函数分开，可以解决阻塞电压与抗性之间的矛盾。同时，阻塞过程中的表面PN连接也被转换为埋入的PN连接。在相同的N掺杂浓度下，可以进一步增加阻塞电压。

3.2内置横向电场的主要特征

3.2.1减少抗性。

内置横向电场的电压为600V和800V。与常规设备相比，同一模具区域的耐药性降至常规的1/5和1/10；相同额定电流的抗性分别降至1/2和约1/3。在额定连接温度和额定电流的条件下，传导电压分别从12.6V和19.1V下降到6.07V和7.5V；传统损失降至常规的传导损失。由于传导损失的减少，加热会减少，并且设备相对较酷，称为。

3.2.2减少包装和减少热电阻。

与传统上相比，具有相同电流额定值的模具将降低到1/3和1/4，将包装减少到两个外壳和管道规格。

由于模具厚度仅是常规厚度的1/3，因此TO-220包装已从常规1℃/W减少到0.6℃/W；额定功率已从125W增加到208W，这提高了模具的散热能力。

.2.3改进开关特性。

栅极电荷和开关参数都比传统的要好。显然，由于QG的减少，尤其是QGD，切换时间约为常规的1/2。切换损失减少了约50％。关闭时间的减小也与内部低门电阻（<1Ω=）有关。

3.2.4反阿瓦尔故障能力和。

目前，新类型具有抵抗雪崩故障而无一例外的能力。它还具有抵抗雪崩的能力。在相同的额定电流下，IAS与ID25°C相同。但是，由于模具面积的减少，IAS比常规型小，而在相同的模具区域中，IAS和EAS都比常规的。

最大的功能之一是它具有一个短路安全工作区（），传统的MOS没有。该采集主要是由于转移特性的变化和模具的热电阻降低。转移特性如图6所示。从图6中可以看出，当VG> 8V> 8V时，漏极电流不再增加并且处于恒定电流状态。尤其是当连接温度上升时，恒定电流值下降，并且在最高的连接温度下，约为ID25°C的2倍，即正常工作电流的3-3.5倍。在短路状态下，由于门的15V驾驶电压，排水管不会超过10倍，因此限制了在短路期间耗散的功率至350V×°C，并尽可能最大程度地减少在短圈期间的模具加热。降低的模具的热电阻会导致死亡产生的热量迅速分散到管子和管中，从而抑制了模具温度的上升速度。因此，它可以在正常的栅极电压下驱动，并在电源电压下承受10μs的短路冲击。时间间隔大于1秒和1000次不会受到损坏，因此在像IGBT一样短路时可以有效地保护它。

3.3关于内置水平电场的当前发展状态高压

年度推出后，St推出了一个类似于2000年初的500V的内部结构，将500V，12A为500V，可以用TO-220管和管壳包装，其抗压为0.35Ω（低于0.4Ω），而目前的额定值相似。 ixys也有技术。 IR还启动了超级包装，额定电流为35a和59a，抗性分别为0.082Ω和0.045Ω。在150°C下的电压下降约为4.7V。从综合指标的角度来看，它们比传统的要好，不是因为随着死亡区域的增加，抗性会按比例减少。因此，可以认为必须有一个类似于上面的横向电场的特殊结构。可以看出，试图减少高压的电压下降已成为现实，并且肯定会促进高压的应用。

3.4与IGBT的比较

600V和800V承受电压的高温传导电压下降分别约为6V和7.5V，并且关闭损失降低1/2，总损耗降低了1/2以上，使总损失的总损失为40％-50％的常规一损。常规的600V电压传导损失约占总损失的75％，对应于超高速度IGBT的平衡点，总损失相同，其切换损失约为75％。由于总损失减少到常规损失的40％-50％，因此相应的IGBT损失余额频率将从大约降低到大约，从而增加了高压的应用。

从上面的讨论可以看出，新的高压解决了长期困扰高压的高传导电压下降的问题。可以简化整个机器的设计，例如散热器的体积可以减少到约40％；驾驶电路和缓冲电路简化；它具有抗衡量的故障和短路电阻。它简化了保护电路并提高了整个机器的可靠性。

4。电动驱动电路

电源是电压式驱动器设备，没有少数载体，高输入阻抗的存储效果，因此开关速度可能很高，驾驶功率很小，电路很简单。但是，功率的最终电容相对较大。输入电容器CISS，输出电容器COSS和反馈电容器CRSS与最高电容的关系之间的关系可以表示为：

功率的门输入等同于电容网络，其工作速度与驱动器源的阻抗有关。由于CISS的存在，静态时栅极驱动电流几乎为零，但是在打开和关闭的动态过程中，仍需要某个驱动电流。假设开关管的饱和度和传导所需的栅极电压值为VG，则开关管的开关时间吨包括两个部分：开关延迟时间TD和上升时间TR。

在开关管关闭时，CISS通过Roff排出，COSS被RL充电，COSS更大，VDS（T）升高，并且随着VDS（T）的速度缓慢上升，随着VDS（T）的迅速上升，当COSS迅速上升时，当Coss迅速上升时，Coss迅速降低了接近零，VDS（T）快速上升。

根据上述功率特性的分析，其驾驶通常需要：触发脉冲必须具有足够快的速度和下降速度； ②打开时用低电阻门电容器充电，并在关闭时为门提供低电阻放电环，以提高功率的开关速度； ③为了使功率可靠地触发传导，触发脉冲电压应高于管的开放电压。为了防止误导，应将其关闭时提供负门源电压； ④切换电源开关管时，驾驶电流是栅极电容器的充电和放电电流。功率管之间的电容越大，所需电流越大，即载荷能力越大。

4.1介绍和分析几种类型的驾驶电路

4.1.1不隔离的互补驱动电路。

图7（a）是常用的低功率驾驶电路，简单，可靠和低成本。适用于不需要隔离的低功率开​​关设备。图7（b）中所示的驾驶电路是非常快速的开关速度，并且具有很强的驾驶能力。为了防止两个管道直通，通常将0.5至1Ω的小电阻串联连接以进行电流限制。该电路适用于不需要隔离的中功率开关设备。这两个电路的特征是它们的简单结构。

功率是一种电压型控制装置，只要门与源之间的电压超过其阈值电压，它将打开。由于存在连接电容器，因此在关闭时的电压突然增加将会通过连接电容器在门和源上产生干扰电压。常用的互补驾驶电路具有较小的阻抗和快速的关闭速度，但不能提供负电压，因此抗干扰较差。为了改善电路的反干扰，可以添加由V1，V2和R组成的第一阶段电路，以根据该驱动电路产生负电压，并且电路示意图如图8所示。

当V1打开时，V2被关闭，两者中的上管的门和源被放电，并且下管的门和源被充电，即，上管被关闭并打开下管，并且驱动的动力管被关闭；相反，当关闭V1时，V2打开，上管打开，下管关闭，以便打开驱动的管。因为上下管的门和来源通过不同的循环充电和排放，并且包含V2的电路将继续退出饱和度直到关闭，因此，对于S1，传导速度慢于转弯，而对于S2，传导速度比转换速度更快，因此两个管子的热量产生程度并不完全相同，并且S1不完全是S1。

该驾驶电路的缺点是它需要双电源供应，并且由于R的值不能太大，否则V1将深深饱和，关闭速度将受到影响，因此R上会有某些损失。

4.1.2隔离驱动电路

（1）前驱动电路。电路原理如图9（a）所示，n3是消极的绕组，S2是驱动的功率管。 R2是阻尼电阻，可防止电源管的门和来源的电压。由于不需要泄漏电感很小，并且从速度的角度来看，R2通常很小，因此在分析中被忽略。

其等效电路图如图9（b）所示，以脉冲不需要平行电阻R1的次级侧。它充当向前转换器的错误负载，用于消除关闭和误导期间输出电压的振荡。关闭电源时，它也可以用作能量排放电路。驾驶电路的传导速度主要与驱动门和源等效输入电容器的大小，S1驱动信号的速度以及S1可以提供的电流的幅度有关。从仿真和分析可以看出，占空比D越小，R1越大，L越大，磁化电流越小，U1值越小，关闭速度越慢。该电路具有以下优势：

①电路结构简单可靠，并且实现了隔离驱动器。

②在开关时，只有单个电源可以提供正电压和负电压。

③当占空比固定时，通过合理的参数设计，该驾驶电路还具有更快的开关速度。

该电路的缺点是：首先，因为隔离变压器的次要侧需要打打载荷以防止振荡，因此电路损耗很大；其次，当占空比变化时，关闭速度发生了很大变化。当脉冲宽度狭窄时，由于存储的能量的减少，门的关闭速度会降低。

（2）与隔离变压器的互补驾驶电路。如图10所示，V1和V2在互补的情况下运行，电容器C在隔离DC中起作用，而T1是高频，高磁性磁环或磁性储罐。

打开时，隔离变压器上的电压为（1-D）UI，关闭时，是D UI。如果主功率管的可靠传导电压为12V，并且隔离变压器N1/N2的主要次级转弯比为12/[（1-D）UI]。为了确保在传导过程中GS电压稳定，C值可能会稍大。该电路具有以下优势：

①电路结构简单可靠，具有电隔离函数。当脉冲宽度变化时，驱动器的关闭功能不会彼此变化。

②电路只需要一个电源，即单个电源。直接阻断电容器C可以在关闭驱动管时会产生负压，从而加速了功率管的关闭并具有很高的抗干扰能力。

但是，该电路的主要缺点之一是输出电压的振幅将随占空比的变化而变化。当d很小并且负电压很小时，电路的抗干扰会变较差，并且正向电压很高。应注意使其振幅不超过门的允许电压。当D大于0.5时，驱动电压的正向电压小于其负电压。目前，应采取它使负电压值不超过门允许电压。因此，该电路更适合固定占空比或占空比变化不大的情况，占空比小于0.5。

（3）由集成芯片/3725组成的驱动电路

电路配置如图11所示。它用于生成高频载体信号，并且载波频率由电容器CT和电阻RT确定。通常，载波频率小于销钉4和引脚6的两端产生高频调制波。高频小磁环变压器被隔离并发送到芯片7和8引脚，然后调节以获得驱动信号。内部有一个肖特基整流器桥，并将高频调制的引脚7和8纠正到直流电压中，以供驾驶所需的功率。一般而言，载体频率越高，驾驶延迟越小，但是如果太高，抗干扰就会更糟。隔离变压器的磁化电感越大，磁化电流的越小，产生的热量就越少。但是，如果它太大，则转弯数的增加将导致对寄生参数的影响更大，这也将降低抗干扰能力。根据实验数据，通常最好使用KHz载波频率用于小于（400〜500）的信号。变压器使用高频环芯（例如5K和7K），而主要的磁化电感效果小于1毫升。该驱动电路仅适用于信号频率较小的情况。 If the is too high to the , the is too much, and the is , and the chip , so the is only for . For the of 1kVA is less than, it is a good . This has the : , and are , and size, for duty or .