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    • MOSFET與IGBT的工作區(qū)命名解析
    • 發(fā)布時(shí)間：2022-05-18 18:47:37
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    MOSFET與IGBT的工作區(qū)命名解析
    先來(lái)看看MOSFET輸出特性曲線的幾個(gè)工作區(qū)：
    MOSFET IGBT 工作區(qū)
    圖1. MOSFET輸出特性曲線
    ①正向阻斷區(qū)（也稱(chēng)為截止區(qū)，夾斷區(qū)）：
    當(dāng)柵極電壓Vgs＜Vgs(th)時(shí)，MOSFET溝道被夾斷，漏極電流Id=0，管子不工作。
    ②恒流區(qū)（也稱(chēng)飽和區(qū)、有源區(qū)、線性放大區(qū)）
    當(dāng)柵極電壓Vgs≥Vgs(th)，且漏極電壓Vds > Vgs-Vgs(th)，為圖1中預(yù)夾斷軌跡右側(cè)區(qū)域。
    該區(qū)域內(nèi)，當(dāng)Vgs一定時(shí)，漏極電流Id幾乎不隨漏源電壓Vds變化，呈恒流特性，因此稱(chēng)為恒流區(qū)或飽和區(qū)（漏極電流Id飽和）。
    由于該區(qū)域內(nèi)，Id僅受Vgs控制，這時(shí)MOSFET相當(dāng)于一個(gè)受柵極電壓Vgs控制的電流源，當(dāng)MOSFET用于放大電路時(shí)，一般就工作在該區(qū)域，所以也稱(chēng)為放大區(qū)。
    至于為什么也稱(chēng)為有源區(qū)（active region），主要是由于MOSFET屬于有源器件（active components），有源器件一般用來(lái)信號(hào)放大、變換等。
    只有在該區(qū)域才能夠體現(xiàn)出柵極電壓對(duì)器件的控制作用，當(dāng)器件完全導(dǎo)通或截止時(shí)，柵極電壓基本失去了對(duì)器件的控制作用，因此部分書(shū)籍也將active region翻譯為主動(dòng)控制區(qū)。
    ③歐姆區(qū)（也稱(chēng)為可變電阻區(qū)、非飽和區(qū)）：
    當(dāng)柵極電壓Vgs≥Vgs(th)，且Vds＜Vgs-Vgs(th)時(shí)，為圖中預(yù)夾斷軌跡左邊的區(qū)域，在該區(qū)域Vds值較小，溝道電阻基本上僅受Vgs控制。
    當(dāng)柵極電壓Vgs一定時(shí)，Id與Vds成線性關(guān)系，表現(xiàn)為電阻特性，因此稱(chēng)為歐姆區(qū)。
    當(dāng)漏極電壓Vds一定時(shí)，MOSFET相當(dāng)于一個(gè)受柵極電壓Vgs控制的可變電阻，因此叫做可變電阻區(qū)。有些書(shū)籍也將該區(qū)稱(chēng)為非飽和區(qū)，非飽和是指漏源電壓Vds增加時(shí)漏極電流Id也相應(yīng)增加，與上面提到的飽和區(qū)相對(duì)應(yīng)。
    ④雪崩擊穿區(qū)：
    當(dāng)漏源Vds大于某一特定最高允許的電壓Vbrdss時(shí)，MOSFET會(huì)出現(xiàn)雪崩擊穿，器件會(huì)損壞。
    ⑤反向?qū)▍^(qū)：
    MOSFET反向運(yùn)行特性表現(xiàn)為一個(gè)類(lèi)似二極管的特性曲線，主要是由體內(nèi)寄生二極管造成的，有些MOSFET為了改善寄生二極管的特性，會(huì)專(zhuān)門(mén)反并聯(lián)一個(gè)外部二極管，這時(shí)候MOSFET的反向特性就主要取決于反并聯(lián)二極管的正向?qū)ㄌ匦粤恕?/div>
    讓我們?cè)賮?lái)看一下IGBT輸出特性曲線的幾個(gè)工作區(qū)：
    MOSFET IGBT 工作區(qū)
    ①正向阻斷區(qū)（截止區(qū)）：
    當(dāng)門(mén)極電壓Vge＜Vge(th)，IGBT內(nèi)部MOS溝道被夾斷，IGBT工作在截止區(qū)，由于外部電壓Vce的存在，此時(shí)IGBT集電極-發(fā)射極之間存在很小的漏電流Ices。
    ②有源區(qū)（線性放大區(qū)）：
    當(dāng)門(mén)極電壓Vge≥Vge(th)，且Vce>Vge-Vge(th)時(shí)，IGBT工作在圖2預(yù)夾斷軌跡右側(cè)區(qū)域，此時(shí)流入到N-基區(qū)的電子電流In受到門(mén)極電壓的控制，進(jìn)而限制了IGBT內(nèi)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(qū)域的IGBT集電極電流Ic會(huì)進(jìn)入飽和狀態(tài)（類(lèi)似MOSFET），至于IGBT為什么不稱(chēng)該區(qū)域?yàn)轱柡蛥^(qū)，可能是為了與導(dǎo)通后的電壓飽和區(qū)分開(kāi)。
    MOSFET IGBT 工作區(qū)
    由于該區(qū)域IGBT的集電極電流主要受門(mén)極電壓控制，因此也稱(chēng)為放大區(qū)或有源區(qū)。我們常說(shuō)的有源門(mén)極驅(qū)動(dòng)或主動(dòng)門(mén)極控制指的就是控制IGBT在該區(qū)域的開(kāi)關(guān)軌跡。IGBT在有源區(qū)損耗會(huì)很大，應(yīng)該盡快跨過(guò)該區(qū)域。
    ③飽和區(qū)：
    當(dāng)Vge≥Vge(th)，且Vce＜Vge-Vge(th)時(shí)，IGBT處于飽和區(qū)（電壓飽和），該區(qū)域集電極電流基本不再受門(mén)極電壓控制，主要由外部電路決定。
    該區(qū)域的曲線和MOS類(lèi)似，但是名字卻不一樣，主要是因?yàn)镮GBT完全導(dǎo)通后的飽和壓降主要取決于電導(dǎo)調(diào)制，而MOS的導(dǎo)通壓降主要取決于漏極電流（呈電阻特性）。
    ④雪崩擊穿區(qū)：
    當(dāng)IGBT的集電極-發(fā)射極電壓Vce大于某一特定最高允許電壓Vbrces時(shí)，IGBT會(huì)出現(xiàn)雪崩擊穿，器件會(huì)損壞。
    ⑤反向阻斷區(qū)：
    我們常用的IGBT都屬于非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，器件的反向電壓阻斷能力要遠(yuǎn)小于IGBT的正向電壓阻斷能力。
    同時(shí)由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的很多負(fù)載都是阻感負(fù)載，在IGBT關(guān)斷時(shí)刻，必須為負(fù)載提供續(xù)流回路，因此IGBT模塊內(nèi)部都并聯(lián)了續(xù)流二極管，這樣IGBT的反向特性就取決于續(xù)流二極管的的正向?qū)ㄌ匦浴?/div>
    但是一些特殊的場(chǎng)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(lèi)器件用的很少，一般很難買(mǎi)到，這時(shí)候你可以采用IGBT和二極管串聯(lián)的方式實(shí)現(xiàn)同樣的功能。
    通過(guò)對(duì)比可知，IGBT與MOSFET對(duì)飽和區(qū)的定義有所不同，MOSFET的飽和區(qū)指的是電流飽和，而IGBT的飽和區(qū)指的是電壓飽和。
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