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功率场效应管(PowerMOSFET),也被称为电力场效应晶体管,是一种单极型的电压控制器件。它具备自关断能力,驱动功率低,开关速度快,无二次击穿,且安全工作区宽广。正因如此,它特别适用于高频化电力电子装置,例如DC/DC变换、开关电源、便携式电子设备、航空航天以及汽车电子电器等众多领域。然而,由于其电流和热容量较小,耐压水平较低,因此通常仅适用于小功率电力电子装置。
电力场效应管的结构与工作原理电力场效应晶体管有多种类型和结构,其中P沟道和N沟道是按导电沟道划分的,同时还有耗尽型和增强型之分。在电力电子装置的实际应用中,N沟道增强型晶体管占据主导地位。
电力场效应晶体管的导电机理与小功率绝缘栅MOS管相似,但结构上却存在显著差异。小功率绝缘栅MOS管通过一次扩散形成,其导电沟道平行于芯片表面,实现横向导电。而电力场效应晶体管则多采用垂直导电结构,这种结构有效提升了器件的耐压和耐流能力。根据垂直导电结构的不同,电力场效应晶体管又可分为V形槽VVMOSFET和双扩散VDMOSFET两种类型。
此外,电力场效应晶体管还常采用多单元集成结构,一个器件由众多小的MOSFET单元组成。图(a)展示了一个N沟道增强型双扩散电力场效应晶体管的单元部面图,而图(b)则给出了其电气符号。电力场效应晶体管具有三个端子:漏极D、源极S和栅极G。在默认状态下,当漏极连接至电源正极,源极连接至电源负极时,栅极与源极之间的电压为0,导致沟道不导电,从而使晶体管处于截止状态。然而,若在栅极和源极之间施加一个正向电压UGS,且该电压大于或等于晶体管的开启电压UT,晶体管将进入导通状态,并在漏极和源极之间产生电流ID。值得注意的是,UGS超过UT的幅度越大,晶体管的导电能力就越强,从而使得漏极电流ID更大。