讓我們繼續(xù)探索電力電子中使用的組件，忽略那些在開關(guān)狀態(tài)中用作開關(guān)的組件，同時(shí)使用一些SPICE 模擬來觀察它們的一般行為,。

　　開關(guān)速度,、最大容許電壓和電流，以及最重要的是 Rds （on）參數(shù)的降低只是最新模型改進(jìn)的幾個(gè)例子。

　　功率MOSFET

　　在上一集中觀察到的雙極晶體管的缺點(diǎn)是開關(guān)時(shí)間太長，尤其是在高功率時(shí)。這樣,，它們不能保證良好的飽和度，因此開關(guān)損耗是不可接受的,。由于采用了“場效應(yīng)”技術(shù),，使用稱為 Power-mos 或場效應(yīng)功率晶體管的開關(guān)器件,，這個(gè)問題已大大減少。在任何情況下,，表示此類組件的最常用名稱是 MOSFET,。功率 MOSFET通常是 N 溝道器件，能夠承受數(shù)百伏的電壓和數(shù)十安培的電流,。它們用正 VDS 電壓偏置,，但在沒有它的情況下，只有很小的漏電流通過 PN 結(jié),。通過調(diào)節(jié)VGS電壓,，可以控制導(dǎo)電溝道的寬度和器件的等效RDS電阻，范圍從非常高的值（Rds （off） ）到非常低的值（Rds （on））,。它們的特點(diǎn)是開關(guān)速度快,，開關(guān)時(shí)間約為幾十納秒，比 BJT 快數(shù)百倍,。因此,，端子是柵極、漏極和源極,。柵極由多晶硅制成,，并通過薄氧化層與整個(gè)器件隔離。通常,，在同一器件中插入一個(gè)續(xù)流二極管，放置在漏極和源極端子之間,。 MOSFET 的電源原理圖,，以及通過改變電壓 VGD 和電壓 VDS 的相對電流響應(yīng)。在本例中,，使用的 MOSFET 模型是 IRF530,，其 SPICE 模型如下：

　　.model IRF530 VDMOS（Rg=3 Vto=4 Rd=50m Rs=12m Rb=60m Kp=5 lambda=.01 Cgdmax=1n Cgdmin=.26n Cgs=.2n Cjo=.4n Is=52p ksubthres=.1 mfg =International_Rectifier Vds=100 Ron=160m Qg=26n）

　　如果 VDS 電壓超過允許的最大值，電流會(huì)急劇增加并導(dǎo)致器件立即擊穿,。MOSFET的行為類似于由施加到柵極的控制電壓控制的可變電阻器,。當(dāng)控制電壓超過一定值時(shí)，Rds （on）參數(shù)很低,，反之亦然,，如果這個(gè)電壓為零，Rds （off）參數(shù)非常高,，不允許任何電流流動(dòng),。與 BJT 相比，MOSFET 具有另一個(gè)優(yōu)勢,。漏極和源極之間的電阻隨著溫度的升高而增加,，從而限制了傳輸中的電流量,。這樣，晶體管典型的“雪崩效應(yīng)”就不會(huì)發(fā)生,，器件也不會(huì)被破壞,。該組件的切換速度非常快,，并且由于其眾多優(yōu)點(diǎn),，它可以輕松地與其他單元并聯(lián)。

　　計(jì)算IRF530器件的Rds （on）和Rds （off）值非常簡單,，靜態(tài)柵極電壓分別為20V和0V,。

　　如您所見，這是一個(gè)極低的電阻,，可能甚至低于相同的連接,、電纜和 PCB。盡管電流傳輸很重要,，但通過這種方式,，器件的熱耗散降至最低。

　　實(shí)際上,，DS 通道是一個(gè)開路,，只有最小的漏電流通過，大約為皮安,。

　　IGBT

　　IGBT（絕緣柵雙極晶體管）仍然廣泛用作電源電路中的開關(guān)器件,。轉(zhuǎn)換器、逆變器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器大量使用這種類型的組件,。IGBT是一種具有四個(gè)交替層（PNPN）的半導(dǎo)體器件,，由金屬氧化物半導(dǎo)體柵極（MOS）控制。此外,，IGBT 具有單個(gè) PN 結(jié),。實(shí)際上，它們是雙極晶體管和功率 MOSFET 之間的混合器件,，可以承受更高的電壓和電流,，甚至高于 1000 V 和 1000 A。實(shí)際上,，這些組件利用了 BJT 和 MOSFET 技術(shù)的優(yōu)勢,。它們允許獲得低溝道電阻，即使它們的特點(diǎn)是高擊穿電壓,，但以犧牲開關(guān)速度為代價(jià),。IGBT 是使用一個(gè)或多個(gè)帶有 VDMOS 型場效應(yīng)晶體管的 BJT 創(chuàng)建的。通過這種方式,，它具有非常高的輸入阻抗,，并且在電流傳輸方面與 BJT 的行為相似,，無論是在傳導(dǎo)過程中還是在開關(guān)過程中。IGBT器件的端子如下：

　　· 閘機(jī)（控制終端）,；

　　· 集電極,；

　　· 發(fā)射器。

　　通常,，集電極和發(fā)射極之間的電流（正 VCE 偏壓）通過以大于最小閾值電壓的正電壓 VGE 作用于柵極來控制,。不幸的是，該設(shè)備的切換速度不是很快,。圖2顯示了通過IKW30N65EL5 IGBT器件進(jìn)行PWM開關(guān)的實(shí)際應(yīng)用示例,，其主要特點(diǎn)如下：

　　· 集電極-發(fā)射極電壓（Vce）：650 V;

　　· 直流集電極電流（Ic）：85 A;

　　· 脈沖集電極電流：120 A;

　　· 柵極-發(fā)射極電壓 （Vge）：+/- 30 V;

　　· 功耗（Ptot）：227 W;

　　· 工作結(jié)溫 （Tvj）：介于 -40° C 和 +175° C 之間。

　　圖中的圖形處于柵極電壓域,，由以下曲線構(gòu)成：

　　· VGE 電壓 （Vgate）,，介于 0 V 和 30 V 之間。正是這個(gè)電壓驅(qū)動(dòng)了柵極并觸發(fā)了器件的導(dǎo)通,。在這種情況下,，導(dǎo)通閾值大于 8 V;

　　· 集電極電流 （Ic）?？梢钥吹?，在6V到8V之間的Vg范圍內(nèi)，器件調(diào)節(jié)電流,，就像電位器一樣,，處于線性區(qū)；

　　· 器件消耗的功率 （Ptot）：這條曲線代表了最壞的操作情況,，因?yàn)殡妷汉碗娏鞫继幱诜浅８叩乃?，?dǎo)致消耗的功率呈指數(shù)增長。在一般應(yīng)用中,，必須避免使 IGBT 在這種情況下工作,；

　　· 漏極電壓 （Vd）：它是此端子上的電壓,。如果設(shè)備被停用并打開,，則電壓等于 VCC 的值。如果它被激活并處于 ON 狀態(tài),，則電壓降至最低水平,。

　　· 效率：在靜態(tài)飽和條件下，器件的效率接近100%,。

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