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MOSFET和IGBT的工作区命名详解-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2021-11-25 

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MOSFET和IGBT的工作区命名详解-KIA MOS管


先来看看MOSFET输出特性曲线的几个工作区:

图1. MOSFET输出特性曲线


①正向阻断区(也称为截止区,夹断区):

当栅极电压Vgs<Vgs(th)时,MOSFET沟道被夹断,漏极电流Id=0,管子不工作。


②恒流区(也称饱和区、有源区、线性放大区)

当栅极电压Vgs≥Vgs(th),且漏极电压Vds > Vgs-Vgs(th),为图1中预夹断轨迹右侧区域。


该区域内,当Vgs一定时,漏极电流Id几乎不随漏源电压Vds变化,呈恒流特性,因此称为恒流区或饱和区(漏极电流Id饱和)。


由于该区域内,Id仅受Vgs控制,这时MOSFET相当于一个受栅极电压Vgs控制的电流源,当MOSFET用于放大电路时,一般就工作在该区域,所以也称为放大区。


至于为什么也称为有源区(active region),主要是由于MOSFET属于有源器件(active components),有源器件一般用来信号放大、变换等。


只有在该区域才能够体现出栅极电压对器件的控制作用,当器件完全导通或截止时,栅极电压基本失去了对器件的控制作用,因此部分书籍也将active region翻译为主动控制区。


③欧姆区(也称为可变电阻区、非饱和区):

当栅极电压Vgs≥Vgs(th),且Vds<Vgs-Vgs(th)时,为图中预夹断轨迹左边的区域,在该区域Vds值较小,沟道电阻基本上仅受Vgs控制。


当栅极电压Vgs一定时,Id与Vds成线性关系,表现为电阻特性,因此称为欧姆区。


当漏极电压Vds一定时,MOSFET相当于一个受栅极电压Vgs控制的可变电阻,因此叫做可变电阻区。有些书籍也将该区称为非饱和区,非饱和是指漏源电压Vds增加时漏极电流Id也相应增加,与上面提到的饱和区相对应。


④雪崩击穿区:

当漏源Vds大于某一特定最高允许的电压Vbrdss时,MOSFET会出现雪崩击穿,器件会损坏。


⑤反向导通区:

MOSFET反向运行特性表现为一个类似二极管的特性曲线,主要是由体内寄生二极管造成的,有些MOSFET为了改善寄生二极管的特性,会专门反并联一个外部二极管,这时候MOSFET的反向特性就主要取决于反并联二极管的正向导通特性了。


让我们再来看一下IGBT输出特性曲线的几个工作区:


①正向阻断区(截止区):

当门极电压Vge<Vge(th),IGBT内部MOS沟道被夹断,IGBT工作在截止区,由于外部电压Vce的存在,此时IGBT集电极-发射极之间存在很小的漏电流Ices。


②有源区(线性放大区):

当门极电压Vge≥Vge(th),且Vce>Vge-Vge(th)时,IGBT工作在图2预夹断轨迹右侧区域,此时流入到N-基区的电子电流In受到门极电压的控制,进而限制了IGBT内部PNP晶体管的基极电流,最终空穴电流Ip也受到限制,


因此该区域的IGBT集电极电流Ic会进入饱和状态(类似MOSFET),至于IGBT为什么不称该区域为饱和区,可能是为了与导通后的电压饱和区分开。



由于该区域IGBT的集电极电流主要受门极电压控制,因此也称为放大区或有源区。我们常说的有源门极驱动或主动门极控制指的就是控制IGBT在该区域的开关轨●!GBT在有源区损耗会很大,应该尽快跨过该区域。


③饱和区:

当Vge≥Vge(th),且Vce<Vge-Vge(th)时,IGBT处于饱和区(电压饱和),该区域集电极电流基本不再受门极电压控制,主要由外部电路决定。


该区域的曲线和MOS类似,但是名字却不一样,主要是因为IGBT完全导通后的饱和压降主要取决于电导调制,而MOS的导通压降主要取决于漏极电流(呈电阻特性)。


④雪崩击穿区:

当IGBT的集电极-发射极电压Vce大于某一特定最高允许电压Vbrces时,IGBT会出现雪崩击穿,器件会损坏。


⑤反向阻断区:

我们常用的IGBT都属于非对称结构,器件的反向电压阻断能力要远小于IGBT的正向电压阻断能力。


同时由于工业现场的很多负载都是阻感负载,在IGBT关断时刻,必须为负载提供续流回路,因此IGBT?槟诓慷疾⒘诵鞫埽庋鵌GBT的反向特性就取决于续流二极管的的正向导通特性。


但是一些特殊的场合需要IGBT具有双向阻断能力,因此,才有了反向阻断的IGBT,也成为逆阻IGBT:RB-IGBT(Reverse Blocking),这类器件用的很少,一般很难买到,这时候你可以采用IGBT和二极管串联的方式实现同样的功能。


通过对比可知,IGBT与MOSFET对饱和区的定义有所不同,MOSFET的饱和区指的是电流饱和,而IGBT的饱和区指的是电压饱和。



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