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  • MOSFET與IGBT的工作區命名解析
    • 發布時間:2022-05-18 18:47:37
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    MOSFET與IGBT的工作區命名解析
    先來看看MOSFET輸出特性曲線的幾個工作區:
    MOSFET IGBT 工作區
    圖1. MOSFET輸出特性曲線
    ①正向阻斷區(也稱為截止區,夾斷區):
    當柵極電壓Vgs<Vgs(th)時,MOSFET溝道被夾斷,漏極電流Id=0,管子不工作。
    ②恒流區(也稱飽和區、有源區、線性放大區)
    當柵極電壓Vgs≥Vgs(th),且漏極電壓Vds > Vgs-Vgs(th),為圖1中預夾斷軌跡右側區域。
    該區域內,當Vgs一定時,漏極電流Id幾乎不隨漏源電壓Vds變化,呈恒流特性,因此稱為恒流區或飽和區(漏極電流Id飽和)。
    由于該區域內,Id僅受Vgs控制,這時MOSFET相當于一個受柵極電壓Vgs控制的電流源,當MOSFET用于放大電路時,一般就工作在該區域,所以也稱為放大區。
    至于為什么也稱為有源區(active region),主要是由于MOSFET屬于有源器件(active components),有源器件一般用來信號放大、變換等。
    只有在該區域才能夠體現出柵極電壓對器件的控制作用,當器件完全導通或截止時,柵極電壓基本失去了對器件的控制作用,因此部分書籍也將active region翻譯為主動控制區。
    ③歐姆區(也稱為可變電阻區、非飽和區):
    當柵極電壓Vgs≥Vgs(th),且Vds<Vgs-Vgs(th)時,為圖中預夾斷軌跡左邊的區域,在該區域Vds值較小,溝道電阻基本上僅受Vgs控制。
    當柵極電壓Vgs一定時,Id與Vds成線性關系,表現為電阻特性,因此稱為歐姆區。
    當漏極電壓Vds一定時,MOSFET相當于一個受柵極電壓Vgs控制的可變電阻,因此叫做可變電阻區。有些書籍也將該區稱為非飽和區,非飽和是指漏源電壓Vds增加時漏極電流Id也相應增加,與上面提到的飽和區相對應。
    ④雪崩擊穿區:
    當漏源Vds大于某一特定最高允許的電壓Vbrdss時,MOSFET會出現雪崩擊穿,器件會損壞。
    ⑤反向導通區:
    MOSFET反向運行特性表現為一個類似二極管的特性曲線,主要是由體內寄生二極管造成的,有些MOSFET為了改善寄生二極管的特性,會專門反并聯一個外部二極管,這時候MOSFET的反向特性就主要取決于反并聯二極管的正向導通特性了。
    讓我們再來看一下IGBT輸出特性曲線的幾個工作區:
    MOSFET IGBT 工作區
    ①正向阻斷區(截止區):
    當門極電壓Vge<Vge(th),IGBT內部MOS溝道被夾斷,IGBT工作在截止區,由于外部電壓Vce的存在,此時IGBT集電極-發射極之間存在很小的漏電流Ices。
    ②有源區(線性放大區):
    當門極電壓Vge≥Vge(th),且Vce>Vge-Vge(th)時,IGBT工作在圖2預夾斷軌跡右側區域,此時流入到N-基區的電子電流In受到門極電壓的控制,進而限制了IGBT內部PNP晶體管的基極電流,最終空穴電流Ip也受到限制,
    因此該區域的IGBT集電極電流Ic會進入飽和狀態(類似MOSFET),至于IGBT為什么不稱該區域為飽和區,可能是為了與導通后的電壓飽和區分開。
    MOSFET IGBT 工作區
    由于該區域IGBT的集電極電流主要受門極電壓控制,因此也稱為放大區或有源區。我們常說的有源門極驅動或主動門極控制指的就是控制IGBT在該區域的開關軌跡。IGBT在有源區損耗會很大,應該盡快跨過該區域。
    ③飽和區:
    當Vge≥Vge(th),且Vce<Vge-Vge(th)時,IGBT處于飽和區(電壓飽和),該區域集電極電流基本不再受門極電壓控制,主要由外部電路決定。
    該區域的曲線和MOS類似,但是名字卻不一樣,主要是因為IGBT完全導通后的飽和壓降主要取決于電導調制,而MOS的導通壓降主要取決于漏極電流(呈電阻特性)。
    ④雪崩擊穿區:
    當IGBT的集電極-發射極電壓Vce大于某一特定最高允許電壓Vbrces時,IGBT會出現雪崩擊穿,器件會損壞。
    ⑤反向阻斷區:
    我們常用的IGBT都屬于非對稱結構,器件的反向電壓阻斷能力要遠小于IGBT的正向電壓阻斷能力。
    同時由于工業現場的很多負載都是阻感負載,在IGBT關斷時刻,必須為負載提供續流回路,因此IGBT模塊內部都并聯了續流二極管,這樣IGBT的反向特性就取決于續流二極管的的正向導通特性。
    但是一些特殊的場合需要IGBT具有雙向阻斷能力,因此,才有了反向阻斷的IGBT,也成為逆阻IGBT:RB-IGBT(Reverse Blocking),這類器件用的很少,一般很難買到,這時候你可以采用IGBT和二極管串聯的方式實現同樣的功能。
    通過對比可知,IGBT與MOSFET對飽和區的定義有所不同,MOSFET的飽和區指的是電流飽和,而IGBT的飽和區指的是電壓飽和。
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