功率场效应晶体管(MOSFET)原理2.
MOSFET结构及其工作原理
MOSFET结构及其工作原理MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种重要的半导体器件，在现代电子技术中广泛应用。
它由金属（Metal）、氧化物（Oxide）和半导体（Semiconductor）构成，其工作原理基于场效应。
MOSFET的结构和工作原理如下。
[Image: MOSFET的结构]MOSFET的主要构成部分有源区（Source）、漏区（Drain）、栅极（Gate）和基区（Substrate）。
有源区和漏区之间的区域被称为通道（Channel），通道下方是一个P型基区，上方被绝缘氧化层（Oxide）覆盖，然后是金属栅极。
1.高阻态（截止状态）：当MOSFET的栅极电压低于阈值电压时，栅极和通道之间的氧化层形成电容，将通道与栅极电气隔离。
此时，在有源区和漏区之间形成一个PN结，处于正向偏置状态，导通。
因此，MOSFET处于导通状态。
2.开关态（饱和状态）：当栅极电压高于阈值电压时，在氧化层下形成一个逆偏的PN结，阻止了源极和漏极之间的电流流动。
此时，MOSFET处于截止状态。
3.开关态（线性区域）：当栅极电压超过阈值电压，并且源漏电压超过截止电压，MOSFET处于线性区域。
在这个区域，MOSFET的导通程度与栅极电压成正比，可以根据栅极电压来控制通道的导电性。
1.场效应：2.载流子运动：当MOSFET处于截止状态时，通道中的载流子（电子或空穴）会被源区和漏区的电场吸引，从而在通道中形成电流。
3.栅极电压控制：MOSFET作为一种重要的半导体器件，在很多领域中被广泛应用，例如电源管理、放大电路、开关电路等。
其优点包括：低功耗、高频响应、体积小等。
因此，对于理解MOSFET的结构和工作原理非常重要。
理解MOSFET的工作原理，有助于我们更好地应用它来满足不同的电子设备需求。
功率mosfet工作原理
功率mosfet工作原理
功率 MOSFET 是一种用于高频和高功率应用的场效应晶体管。
它的工作原理基于场效应，其电流控制是通过改变栅极电压来实现的。
MOSFET 由源、漏和栅极组成。
源和漏是 N 型或 P 型半导体材料，而栅极则由金属或多晶硅制成。
MOSFET 可以分为 N 沟道型MOSFET 和 P 沟道型 MOSFET 两种类型。
在 N 沟道型 MOSFET 中，源和漏都是 N 型半导体材料，而栅极则被夹在两者之间。
当栅极电压为零时，MOSFET 处于截止状态，不会有电流流过。
当栅极电压增加时，形成了一个电场，从而使沟道中形成了一个导电区域。
这个区域中的导电性决定了 MOSFET 的导通能力。
当沟道中存在正向偏置时，MOSFET 就处于导通状态，并且可以承受大量的电流。
此时，在源和漏之间形成了一个低阻抗路径。
但如果沟道中存在反向偏置，则 MOSFET 就处于截止状态，并且不会有任何电流流过。
在 P 沟道型 MOSFET 中，源和漏都是 P 型半导体材料，而栅极则被夹在两者之间。
其工作原理与 N 沟道型 MOSFET 相似，只是在栅极电压的变化方向上有所不同。
功率 MOSFET 具有很高的开关速度、低开关损耗和高温度稳定性等特点。
它们广泛应用于电源、逆变器、驱动器和电动机控制器等领域。
总之，功率 MOSFET 的工作原理基于场效应，在栅极电压变化的控制下实现了电流的控制。
它们具有高效率、高可靠性和高性能等优点，在现代电力系统中扮演着重要角色。
电力电子实验指导书功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究
实验三功率场效应晶体管(MOSFET)特性与驱动电路研究一．实验目的：1．熟悉MOSFET主要参数的测量方法2．掌握MOSEET对驱动电路的要求3．掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法二．实验内容1．MOSFET主要参数：开启阀值电压V GS(th),跨导g FS,导通电阻R ds输出特性I D=f（Vsd）等的测试2．驱动电路的输入,输出延时时间测试.3．电阻与电阻、电感性质载时，MOSFET开关特性测试4．有与没有反偏压时的开关过程比较5．栅-源漏电流测试三．实验设备和仪器1．MCL-07电力电子实验箱中的MOSFET与PWM波形发生器部分2．双踪示波器（自配）3．毫安表4．电流表5．电压表4、实验线路见图2—2五．实验方法1．MOSFET主要参数测试（1）开启阀值电压V GS(th)测试开启阀值电压简称开启电压，是指器件流过一定量的漏极电流时（通常取漏极电流I D=1mA)的最小栅源电压。
在主回路的“1”端与MOS 管的“25”端之间串入毫安表，测量漏极电流I D ，将主回路的“3”与“4”端分别与MOS 管的“24”与“23”相连，再在“24”与“23”端间接入电压表, 测量MOS 管的栅源电压Vgs ，并将主回路电位器RP 左旋到底，使Vgs=0。
将电位器RP 逐渐向右旋转，边旋转边监视毫安表的读数，当漏极电流I D =1mA 时的栅源电压值即为开启阀值电压V GS （th ）。
读取6—7组I D 、Vgs ，其中I D =1mA 必测，填入表2—6。
（2）跨导g FS 测试双极型晶体管（GTR ）通常用h FE （β）表示其增益，功率MOSFET 器件以跨导g FS表示其增益。
跨导的定义为漏极电流的小变化与相应的栅源电压小变化量之比，即g FS =△I D /△V GS 。
典型的跨导额定值是在1/2额定漏极电流和V DS =15V 下测得，受条件限制，实验中只能测到1/5额定漏极电流值。
mosfet基本工作原理
mosfet基本工作原理
场效应晶体管（MOSFET）是一种常用的电力器件，其基本工作原理是利用电场控制电流流动。
MOSFET由三个电极构成：源极（S）、栅极（G）和漏极（D）。
当电压施加在源极和漏极之间时，漏极和源极之间形成了一个电流通道。
这个通道是由两个特别掺杂的半导体材料——N型半导体（漏极和源极之间的区域）和P型半导体（通道区域）组成的。
当没有电压应用到栅极时，通道处于关闭状态，电流无法从源极流向漏极。
这是因为P型半导体的空穴和N型半导体的电
子互相结合形成一个正负电荷的屏障，阻止电流通过。
然而，一旦栅极施加了一个正电压，栅极下面的绝缘层上的电荷会产生一个电场。
这个电场会吸引P型半导体中的正空穴
或N型半导体中的负电子来到通道区域，从而消除了原本的
正负电荷屏障。
通道打开，允许电流从源极流向漏极。
通道的导电性与栅极电压有关，电压越高，通道电阻越小，电流流动越畅通。
因此，通过调整栅极电压，可以精确控制MOSFET的导通和截止状态，从而实现对电流的精确控制。
总结来说，MOSFET的基本工作原理是通过电场效应控制电
流的流动。
通过施加不同的电压到栅极，可以调整通道的电阻，进而控制电流的大小和流动方向。
电力mosfet工作原理
电力mosfet工作原理
电力 MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种常用的
功率开关器件，其工作原理如下：
1. 结构，电力 MOSFET由源极（S）、漏极（D）和栅极（G）
组成。
源极和漏极之间有一个N型沟道，栅极上有一层绝缘层（氧
化层）和金属栅极。
2. 导通状态，当栅极与源极之间的电压为零或负电压时，栅极
与沟道之间的绝缘层会阻止电流流动，电力 MOSFET处于截止状态，不导电。
3. 开启状态，当栅极与源极之间施加正电压时，栅极与沟道之
间的绝缘层被击穿，形成一个导电通道，电流可以从漏极流向源极，电力 MOSFET进入导通状态。
4. 控制电压，通过改变栅极与源极之间的电压，可以控制电力MOSFET的导通与截止状态。
当栅极与源极之间施加适当的正电压时，电力 MOSFET导通，可以承载较大的电流；当栅极与源极之间施加
零电压或负电压时，电力 MOSFET截止，不导电。
5. 开关特性，电力 MOSFET具有良好的开关特性，其导通电阻很小，截止时的电阻很大，能够实现高效率的功率开关。
6. 控制方式，电力 MOSFET可以通过控制栅极电压的大小和施加的电压极性来控制其导通和截止状态。
常见的控制方式包括电压控制和电流控制。
总结起来，电力 MOSFET通过栅极电压的控制来调节其导通和截止状态，实现功率开关功能。
它具有低导通电阻、高开关速度和可靠性等特点，在电力电子、电源管理、电机驱动等领域得到广泛应用。
MOSFET工作原理
MOSFET工作原理MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是一种重要的电子器件，广泛应用于现代电子技术中。
它的工作原理是基于半导体材料中的电子和空穴的运动，通过控制栅极电压来调节导电能力。
本文将介绍MOSFET的工作原理，并探讨其在电子领域中的应用。
MOSFET的基本结构由源极、漏极和栅极组成。
源极和漏极之间的区域称为沟道，沟道中的电子和空穴的运动决定了MOSFET的导电能力。
栅极位于沟道上方，通过调节栅极电压可以改变沟道中的电荷密度，从而控制电流的流动。
当栅极电压为零时，MOSFET处于截止状态，沟道中没有电荷，电流无法通过。
当栅极电压为正值时，栅极和沟道之间形成正电荷，吸引电子进入沟道，形成导电通道。
这种状态称为增强型MOSFET，因为栅极电压增强了导电能力。
另一种情况是当栅极电压为负值时，栅极和沟道之间形成负电荷，排斥电子进入沟道，导致沟道中没有电子，也无法形成导电通道。
这种状态称为耗尽型MOSFET，因为栅极电压使得导电能力减弱。
MOSFET的工作原理可以通过场效应来解释。
栅极电场对沟道中的电子和空穴施加力，改变它们的能量。
当栅极电压为正值时，电子被吸引到沟道，形成导电通道。
当栅极电压为负值时，电子被排斥，导致导电能力减弱。
因此，MOSFET的导电能力可以通过调节栅极电压来控制。
MOSFET在电子领域中有着广泛的应用。
首先，它可以作为开关来控制电流的通断。
通过改变栅极电压，可以使MOSFET处于截止或者导通状态，从而实现电路的开关功能。
这种特性使得MOSFET成为数字电路和逻辑门电路中的重要组成部份。
此外，MOSFET还可以作为放大器来放大电信号。
通过调节栅极电压，可以改变沟道中的电荷密度，从而调节电流的大小。
这使得MOSFET可以放大输入信号，并输出放大后的信号。
这种特性使得MOSFET在音频放大器和射频放大器中得到广泛应用。
除了开关和放大器，MOSFET还可以用于摹拟电路中的电压调节。
MOS管工作原理及其驱动电路
功率场效应晶体管MOSFET1.概述MOSFET的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor金属氧化物半导体），FET（Field Effect Transistor场效应晶体管），即以金属层（M）的栅极隔着氧化层（O）利用电场的效应来控制半导体（S）的场效应晶体管。
功率场效应晶体管也分为结型和绝缘栅型,但通常主要指绝缘栅型中的MOS型（Metal Oxide Semiconductor FET）,简称功率MOSFET（Power MOSFET）。
结型功率场效应晶体管一般称作静电感应晶体管（Static Induction Transistor——SIT）。
其特点是用栅极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于GTR，但其电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
2.功率MOSFET的结构和工作原理功率MOSFET的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道。
按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源极之间就存在导电沟道，增强型；对于N（P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟道，功率MOSFET 主要是N沟道增强型。
2.1功率MOSFET的结构功率MOSFET的内部结构和电气符号如图1所示；其导通时只有一种极性的载流子（多子）参与导电，是单极型晶体管。
导电机理与小功率mos管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET（Vertical MOSFET），大大提高了MOSFET 器件的耐压和耐电流能力。
按垂直导电结构的差异，又分为利用V型槽实现垂直导电的VVMOSFET和具有垂直导电双扩散MOS结构的VDMOSFET（Vertical Double-diffused MOSFET），本文主要以VDMOS器件为例进行讨论。
功率MOSFET知识介绍
什么是功率MOSFET？我们都懂得如何利用二极管来实现开关，但是，我们只能对其进行开关操作，而不能逐渐控制信号流。
此外，二极管作为开关取决于信号流的方向；我们不能对其编程以通过或屏蔽一个信号。
对于诸如“流控制”或可编程开关之类的应用，我们需要一种三端器件和双极型三极管。
我们都听说过Bardeen & Brattain，是他们偶然之间发明了三极管，就像许多其它伟大的发现一样。
结构上，它由两个背靠背的结实现(这不是一笔大交易，早在Bardeen之前，我们可能就是采用相同的结构实现了共阴极)，但是，在功能上它是完全不同的器件，就像一个控制发射极电流流动的“龙头”—操作龙头的“手”就是基极电流。
双极型三极管因此就是电流受控的器件。
场效应三极管(FET)尽管结构上不同，但是，提供相同的“龙头”功能。
差异在于：FET是电压受控器件；你不需要基极电流，而是要用电压实施电流控制。
双极型三极管诞生于1947年，不久之后一对杰出的父子Shockley和Pearson就发明了(至少是概念)FET。
为了与较早出现的双极型“孪生兄弟”相区别，FET 的三个电极分别被称为漏极、栅极和源极，对应的三极管的三个电极分别是集电极、基极和发射极。
FET 有两个主要变种，它们针对不同类型的应用做了最优化。
JFET(结型FET)被用于小信号处理，而MOSFET(金属氧化物半导体FET)主要被用于线性或开关电源应用。
他们为什么要发明功率MOSFET？当把双极型三极管按照比例提高到功率应用的时候，它显露出一些恼人的局限性。
确实，你仍然可以在洗衣机、空调机和电冰箱中找到它们的踪影，但是，对我们这些能够忍受一定程度的家用电器低效能的一般消费者来说，这些应用都是低功率应用。
在一些UPS、电机控制或焊接机器人中仍然采用双极型三极管，但是，它们的用途实际上被限制到小于10KHz的应用，并且在整体效率成为关键参数的技术前沿应用中，它们正加速退出。
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功率场效应晶体管(MOSFET原理功率场效应管(Power MOSFET也叫电力场效应晶体管，是一种单极型的电压控制器件，不但有自关断能力,而且有驱动功率小,开关速度高、无二次击穿、安全工作区宽等特点。
由于其易于驱动和开关频率可高达500kHz，特别适于高频化电力电子装置，如应用于DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车等电子电器设备中。
但因为其电流、热容量小，耐压低，一般只适用于小功率电力电子装置。
一、电力场效应管的结构和工作原理电力场效应晶体管种类和结构有许多种，按导电沟道可分为P沟道和N沟道，同时又有耗尽型和增强型之分。
在电力电子装置中，主要应用N沟道增强型。
电力场效应晶体管导电机理与小功率绝缘栅MOS管相同，但结构有很大区别。
小功率绝缘栅MOS管是一次扩散形成的器件，导电沟道平行于芯片表面，横向导电。
电力场效应晶体管大多采用垂直导电结构，提高了器件的耐电压和耐电流的能力。
按垂直导电结构的不同，又可分为2种：V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET。
电力场效应晶体管采用多单元集成结构，一个器件由成千上万个小的MOSFET组成。
N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管一个单元的部面图，如图1(a所示。
电气符号，如图1(b所示。
电力场效应晶体管有3个端子：漏极D、源极S和栅极G。
当漏极接电源正，源极接电源负时，栅极和源极之间电压为0，沟道不导电，管子处于截止。
如果在栅极和源极之间加一正向电压U GS，并且使U GS大于或等于管子的开启电压U T，则管子开通，在漏、源极间流过电流I D。
U GS超过U T越大，导电能力越强，漏极电流越大。
二、电力场效应管的静态特性和主要参数Power MOSFET静态特性主要指输出特性和转移特性，与静态特性对应的主要参数有漏极击穿电压、漏极额定电压、漏极额定电流和栅极开启电压等。
{{分页}}1、静态特性（1）输出特性输出特性即是漏极的伏安特性。
特性曲线，如图2(b所示。
由图所见，输出特性分为截止、饱和与非饱和3个区域。
这里饱和、非饱和的概念与GTR不同。
饱和是指漏极电流I D不随漏源电压U DS的增加而增加，也就是基本保持不变；非饱和是指地U CS一定时，I D随U DS增加呈线性关系变化。
（2）转移特性转移特性表示漏极电流I D与栅源之间电压U GS的转移特性关系曲线，如图2(a所示。
转移特性可表示出器件的放大能力，并且是与GTR中的电流增益β相似。
由于Power MOSFET是压控器件，因此用跨导这一参数来表示。
跨导定义为（1）图中U T为开启电压，只有当U GS=U T时才会出现导电沟道，产生漏极电流I D。
2、主要参数（1）漏极击穿电压BU D BU D是不使器件击穿的极限参数，它大于漏极电压额定值。
BU D随结温的升高而升高，这点正好与GTR和GTO相反。
（2）漏极额定电压U D U D是器件的标称额定值。
（3）漏极电流I D和I DM I D是漏极直流电流的额定参数；I DM是漏极脉冲电流幅值。
（4）栅极开启电压U T U T又称阀值电压，是开通Power MOSFET的栅-源电压，它为转移特性的特性曲线与横轴的交点。
施加的栅源电压不能太大，否则将击穿器件。
（5）跨导g m g m是表征Power MOSFET 栅极控制能力的参数。
{{分页}}三、电力场效应管的动态特性和主要参数1、动态特性动态特性主要描述输入量与输出量之间的时间关系，它影响器件的开关过程。
由于该器件为单极型，靠多数载流子导电，因此开关速度快、时间短，一般在纳秒数量级。
Power MOSFET的动态特性。
如图3所示。
Power MOSFET 的动态特性用图3(a电路测试。
图中，u p为矩形脉冲电压信号源；R S为信号源内阻；R G为栅极电阻；R L为漏极负载电阻；R F 用以检测漏极电流。
Power MOSFET 的开关过程波形，如图3(b所示。
Power MOSFET 的开通过程：由于Power MOSFET 有输入电容，因此当脉冲电压u p的上升沿到来时，输入电容有一个充电过程，栅极电压u GS按指数曲线上升。
当u GS上升到开启电压U T时，开始形成导电沟道并出现漏极电流i D。
从u p前沿时刻到u GS=U T，且开始出现i D的时刻，这段时间称为开通延时时间t d(on。
此后，i D随u GS的上升而上升，u GS从开启电压U T上升到Power MOSFET临近饱和区的栅极电压u GSP这段时间，称为上升时间t r。
这样Power MOSFET的开通时间t on=t d(on+t r (2 Power MOSFET的关断过程：当u p信号电压下降到0时，栅极输入电容上储存的电荷通过电阻R S和R G放电，使栅极电压按指数曲线下降，当下降到u GSP继续下降，i D才开始减小，这段时间称为关断延时时间t d(off。
此后，输入电容继续放电，u GS继续下降，i D也继续下降，到u GS< SPAN>T时导电沟道消失，i D=0，这段时间称为下降时间t f。
这样Power MOSFET 的关断时间t off=t d(off+t f (3 从上述分析可知，要提高器件的开关速度，则必须减小开关时间。
在输入电容一定的情况下，可以通过降低驱动电路的内阻R S来加快开关速度。
电力场效应管晶体管是压控器件，在静态时几乎不输入电流。
但在开关过程中，需要对输入电容进行充放电，故仍需要一定的驱动功率。
工作速度越快，需要的驱动功率越大。
{{分页}}2、动态参数（1）极间电容Power MOSFET的3个极之间分别存在极间电容C GS，C GD，C DS。
通常生产厂家提供的是漏源极断路时的输入电容C iSS、共源极输出电容C oSS、反向转移电容C rSS。
它们之间的关系为C iSS=C GS+C GD(4C oSS=C GD+C DS(5C rSS=C GD (6 前面提到的输入电容可近似地用C iSS来代替。
（2）漏源电压上升率器件的动态特性还受漏源电压上升率的限制，过高的du/dt可能导致电路性能变差，甚至引起器件损坏。
四、电力场效应管的安全工作区1、正向偏置安全工作区正向偏置安全工作区，如图4所示。
它是由最大漏源电压极限线I、最大漏极电流极限线Ⅱ、漏源通态电阻线Ⅲ和最大功耗限制线Ⅳ，4条边界极限所包围的区域。
图中示出了4种情况：直流DC，脉宽10ms，1ms,10μs。
它与GTR安全工作区比有2个明显的区别：①因无二次击穿问题，所以不存在二次击穿功率P SB限制线；②因为它通态电阻较大，导通功耗也较大，所以不仅受最大漏极电流的限制，而且还受通态电阻的限制。
2、开关安全工作区开关安全工作区为器件工作的极限范围，如图5所示。
它是由最大峰值电流I DM、最小漏极击穿电压BU DS和最大结温T JM决定的，超出该区域，器件将损坏。
3、转换安全工作区因电力场效应管工作频率高，经常处于转换过程中，而器件中又存在寄生等效二极管，它影响到管子的转换问题。
为限制寄生二极管的反向恢复电荷的数值，有时还需定义转换安全工作区。
器件在实际应用中，安全工作区应留有一定的富裕度。
五、电力场效应管的驱动和保护1、电力场效应管的驱动电路电力场效应管是单极型压控器件，开关速度快。
但存在极间电容，器件功率越大，极间电容也越大。
为提高其开关速度，要求驱动电路必须有足够高的输出电压、较高的电压上升率、较小的输出电阻。
另外，还需要一定的栅极驱动电流。
开通时，栅极电流可由下式计算：I Gon=C iSS u GS/tr=(G GS+C GD u GS/ t r (7 关断时，栅极电流由下式计算：I Goff=C GD u DS/t f (8 式（7）是选取开通驱动元件的主要依据，式（8）是选取关断驱动元件的主要依据。
为了满足对电力场效应管驱动信号的要求，一般采用双电源供电，其输出与器件之间可采用直接耦合或隔离器耦合。
电力场效应管的一种分立元件驱电路，如图6所示。
电路由输入光电隔离和信号放大两部分组成。
当输入信号u i为0时，光电耦合器截止，运算放大器A输出低电平，三极管V3导通，驱动电路约输出负20V驱动电压，使电力场效应管关断。
当输入信号u i为正时，光耦导通，运放A输出高电平，三极管V2导通，驱动电路约输出正20V电压，使电力场效应管开通。
{{分页}}MOSFET的集成驱动电路种类很多，下面简单介绍其中几种：IR2130是美国生产的28引脚集成驱动电路，可以驱动电压不高于600V电路中的MOSFET，内含过电流、过电压和欠电压等保护，输出可以直接驱动6个MOSFET或IGBT。
单电源供电，最大20V。
广泛应用于三相MOSFET和IGBT的逆变器控制中。
IR2237/2137是美国生产的集成驱动电路，可以驱动600V及1200V线路的MOSFET。
其保护性能和抑制电磁干扰能力更强，并具有软启动功能，采用三相栅极驱动器集成电路，能在线间短路及接地故障时，利用软停机功能抑制短路造成过高峰值电压。
利用非饱和检测技术，可以感应出高端MOSFET和IGBT 的短路状态。
此外，内部的软停机功能，经过三相同步处理，即使发生因短路引起的快速电流断开现象，也不会出现过高的瞬变浪涌过电压，同时配有多种集成电路保护功能。
当发生故障时，可以输出故障信号。
TLP250是日本生产的双列直插8引脚集成驱动电路，内含一个光发射二极管和一个集成光探测器，具有输入、输出隔离，开关时间短，输入电流小、输出电流大等特点。
适用于驱动MOSFET或IGBT。
2、电力场效应管的保护措施电力场效应管的绝缘层易被击穿是它的致命弱点，栅源电压一般不得超过。