功率开关管
文章目录
- 功率开关器件全解析手册
- 1. MOS管(MOSFET)
- 1.1 N 沟道增强型 MOSFET（常断型）
- 1.2 N沟道耗尽型 MOSFET（常通型）
- 1.3 P 沟道增强型 MOSFET（常断型，主流）
- 1.4 P沟道耗尽型 MOSFET（常通型，极少见）
- 2. N沟道增强型MOS管深度原理（常用）
- 2.1 核心机制
- 2.2 三工作状态（增强型）
- 2.3 特性曲线
- 2.5 MOSFET 有米勒平台（很明显）
- 2.6 常用MOSFET
- 3. 三极管(BJT)
- 3.1 示意图
- 3.2 原理图符号
- 3.3三极管组态
- 4. NPN三极管深度原理
- 4.1 核心机制
- 4.2 三工作状态（NPN）
- 4.3 特性曲线
- 4.4 温度特性
- 4.5 共射 共基 共集
- 4.6 常用三极管
- 5. 选型对比
- 5.1 MOS管 vs 三极管 开关特性对比
- 5.2 全品类功率开关器件
- IGBT 为什么能集成 MOS 管和三极管的优点
- 5.3 行业技术趋势
- 7. 典型应用电路&失效保护
- 7.1 应用电路
- 7.2 常见失效模式与防护措施
功率开关器件全解析手册
1. MOS管(MOSFET)
1.1 N 沟道增强型 MOSFET（常断型）
逻辑：加正向电压才导通，电压越高，导通越强
VGS < Vth（Vth>0）：没有导电沟道，ID≈0，器件截止
VGS > Vth：栅极电场吸引 P 型衬底中的电子到表面，形成 N 型反型层（导电沟道），ID 随 VGS 增大而增大
VGS 越大：沟道越宽，导通电阻 RDS (on) 越小
1.2 N沟道耗尽型 MOSFET（常通型）
逻辑：不加电压就导通，加正向电压导通更强，加负向电压可以关断
VGS=0：天然存在 N 型沟道，ID 最大，器件导通
VGS > 0：吸引更多电子到沟道，沟道变宽，ID 进一步增大
VGS < 0：排斥沟道中的电子，沟道变窄，ID 减小
VGS = Vth（Vth<0）：沟道完全被夹断，ID≈0，器件截止
1.3 P 沟道增强型 MOSFET（常断型，主流）
逻辑：栅极电压比源极低才导通，电压差越大，导通越强
VGS > Vth（Vth<0）：没有导电沟道，ID≈0，器件截止
例：Vth=-2V，当 VGS=0V（栅极 = 源极）时，0 > -2，器件截止
VGS < Vth：栅极负电场吸引 N 型衬底中的空穴到表面，形成 P 型反型层（导电沟道），ID 随 | VGS | 增大而增大
例：Vth=-2V，当 VGS=-5V 时，-5 < -2，器件导通
看耐压值Vds -30V 管压降越小越导通 导通电阻Rdson 8.7mΩ 最大电流值Id -14A
1.4 P沟道耗尽型 MOSFET（常通型，极少见）
逻辑：不加电压就导通，加负电压导通更强，加正向电压可以关断
VGS=0：天然存在 P 型沟道，ID 最大，器件导通
VGS < 0：吸引更多空穴到沟道，沟道变宽，ID 进一步增大
VGS > 0：排斥沟道中的空穴，沟道变窄，ID 减小
VGS = Vth（Vth>0）：沟道完全被夹断，ID≈0，器件截止
例：Vth=2V，当 VGS=3V 时，3 > 2，器件截止
2. N沟道增强型MOS管深度原理（常用）
2.1 核心机制
单极型器件，仅靠电子(NMOS)或空穴(PMOS)导电，电压控制电流
- 导通本质：栅极电场在衬底表面形成反型导电沟道
- 无栅极电流，输入阻抗极高(10⁹~10¹²Ω)
2.2 三工作状态（增强型）
| 状态 | 条件 | 特性 | 应用 |
|---|---|---|---|
| 截止区 | V G S < V t h V_{GS}<V_{th}VGS<Vth | 无沟道，I D ≈ 0 I_D≈0ID≈0 | 开关断开 |
| 线性区(欧姆区) | V G S > V t h V_{GS}>V_{th}VGS>Vth且V D S < V G S − V t h V_{DS}<V_{GS}-V_{th}VDS<VGS−Vth | 沟道均匀，I D I_DID与V D S V_{DS}VDS线性 | 开关导通 |
| 饱和区 | V G S > V t h V_{GS}>V_{th}VGS>Vth且V D S ≥ V G S − V t h V_{DS}≥V_{GS}-V_{th}V |