電力電子應技術教學課件(共5章)電力場效應晶體管及其應匯報人：AA2024-01-17CATALOGUE目錄電力場效應晶體管概述場效應晶體管結(jié)構(gòu)與特性電力場效應晶體管驅(qū)動技術電力場效應晶體管應用電路分析電力場效應晶體管性能測試與評估總結(jié)與展望電力場效應晶體管概述01一種電壓控制型器件，利用柵極電壓控制漏極電流，具有輸入阻抗高、開關速度快、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點。電力場效應晶體管（PowerMOSFET）在電力場效應晶體管中，通過柵極電壓的變化來控制漏極電流的大小。當柵極電壓大于閾值電壓時，漏極和源極之間形成導電溝道，允許電流通過；反之，當柵極電壓低于閾值電壓時，導電溝道消失，漏極電流截止。工作原理定義與基本原理發(fā)展歷程電力場效應晶體管自20世紀70年代問世以來，經(jīng)歷了多次技術革新和性能提升。從最初的低電壓、小電流應用，到后來的高電壓、大電流應用，以及現(xiàn)在的智能化、集成化應用，電力場效應晶體管在電力電子領域的應用范圍不斷擴大。現(xiàn)狀目前，電力場效應晶體管已經(jīng)廣泛應用于各種電力電子裝置中，如開關電源、電機驅(qū)動、照明控制等。同時，隨著新能源汽車、可再生能源等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，電力場效應晶體管的市場需求不斷增長，技術也在不斷進步。發(fā)展歷程及現(xiàn)狀03電機驅(qū)動用于實現(xiàn)高性能、低成本的電機控制。01應用領域電力場效應晶體管的應用領域非常廣泛，包括但不限于以下方面02開關電源用于實現(xiàn)高效率、低噪聲的電源轉(zhuǎn)換。應用領域與前景照明控制：用于實現(xiàn)LED等照明設備的調(diào)光和色彩控制。新能源汽車：用于實現(xiàn)電池管理、電機驅(qū)動等功能。可再生能源：用于實現(xiàn)太陽能、風能等可再生能源的轉(zhuǎn)換和控制。前景展望：隨著科技的不斷進步和市場需求的不斷增長，電力場效應晶體管的應用前景將更加廣闊。未來，電力場效應晶體管將繼續(xù)向更高性能、更低成本、更智能化的方向發(fā)展，同時還將面臨一些新的挑戰(zhàn)和機遇，如新材料、新工藝的探索和應用，以及與其他技術的融合和創(chuàng)新等。應用領域與前景場效應晶體管結(jié)構(gòu)與特性02結(jié)型場效應晶體管（JFET）通過改變柵極電壓控制漏極電流，具有輸入阻抗高、噪聲低等特點。要點一要點二金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）利用柵極電壓控制溝道導電性，具有開關速度快、驅(qū)動功率小等優(yōu)點。結(jié)構(gòu)類型及特點場效應晶體管通過柵極電壓控制溝道中的載流子濃度，從而改變漏極電流。溝道導電性受柵極電壓、漏極電壓和源極電壓的共同影響。工作原理描述場效應晶體管柵極電壓、漏極電壓和漏極電流之間的關系。對于N溝道增強型MOSFET，當柵源電壓VGS大于閾值電壓VTH時，漏極電流ID隨漏源電壓VDS的增加而增加。伏安特性工作原理與伏安特性參數(shù)指標場效應晶體管的參數(shù)指標包括閾值電壓VTH、跨導gm、漏源擊穿電壓BVDS、柵源擊穿電壓BVGS等。這些參數(shù)反映了晶體管的導電性能、耐壓能力和穩(wěn)定性等方面的特性。性能評價評價場效應晶體管性能的指標主要有開關速度、輸入阻抗、輸出阻抗、噪聲系數(shù)等。高性能的場效應晶體管應具有快速的開關速度、高輸入阻抗、低輸出阻抗和低噪聲系數(shù)等特點。參數(shù)指標及性能評價電力場效應晶體管驅(qū)動技術03利用邏輯電平直接控制場效應晶體管的導通與關斷，簡單直接，但驅(qū)動能力有限。直接驅(qū)動隔離驅(qū)動專用芯片驅(qū)動采用光耦或磁耦等隔離器件實現(xiàn)信號傳輸，提高驅(qū)動能力和抗干擾能力。使用專用驅(qū)動芯片，集成度高、功能完善，適用于高性能應用。030201驅(qū)動方式分類及特點

典型驅(qū)動電路設計實例基于光耦的隔離驅(qū)動電路采用高速光耦實現(xiàn)信號隔離，通過電阻、電容等元件調(diào)節(jié)驅(qū)動波形。基于磁耦的隔離驅(qū)動電路利用磁耦合原理實現(xiàn)信號傳輸，無需光耦，具有更高的傳輸速度和更低的功耗。基于專用芯片的驅(qū)動電路采用專用驅(qū)動芯片，簡化電路設計，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。過流保護通過檢測場效應晶體管的電流，當電流超過設定值時及時關斷晶體管，避免過流損壞。過熱保護監(jiān)測場效應晶體管的溫度，當溫度超過安全范圍時采取相應措施，如降低功率、關斷晶體管等。欠壓保護當電源電壓低于一定值時，自動關斷場效應晶體管，避免在低電壓下工作導致性能下降或損壞。驅(qū)動保護策略探討電力場效應晶體管應用電路分析04開關電源基本工作原理闡述開關電源的工作過程，包括輸入整流、濾波、開關變換、輸出整流和濾波等環(huán)節(jié)。電力場效應晶體管在開關電源中的應用分析電力場效應晶體管在開關電源中的作用，以及如何選擇合適的型號和參數(shù)。開關電源性能指標與測試方法介紹開關電源的主要性能指標，如輸入電壓范圍、輸出電壓精度、輸出電流能力、效率和紋波等，以及相應的測試方法。開關電源應用電路01闡述電機驅(qū)動的基本工作原理，包括電機的類型、驅(qū)動方式和控制策略等。電機驅(qū)動基本原理02分析電力場效應晶體管在電機驅(qū)動中的作用，以及如何選擇合適的型號和參數(shù)。電力場效應晶體管在電機驅(qū)動中的應用03介紹電機驅(qū)動的主要性能指標，如驅(qū)動能力、效率、可靠性和安全性等，以及相應的測試方法。電機驅(qū)動性能指標與測試方法電機驅(qū)動應用電路介紹電力場效應晶體管在照明電路中的應用，如LED驅(qū)動電路和調(diào)光電路等。照明應用電路顯示應用電路傳感器應用電路通信應用電路闡述電力場效應晶體管在顯示電路中的應用，如液晶顯示和有機發(fā)光顯示等。分析電力場效應晶體管在傳感器電路中的應用，如溫度傳感器、壓力傳感器和光電傳感器等。探討電力場效應晶體管在通信電路中的應用，如射頻放大器和混頻器等。其他典型應用電路電力場效應晶體管性能測試與評估05123在規(guī)定的柵源電壓Vgs下，測量漏極電流Idss，以評估場效應管的靜態(tài)工作點。漏極電流Idss測試測量開啟場效應管所需的柵源電壓Vgs(th)，以評估其開啟電壓特性。柵源電壓Vgs(th)測試在恒定的漏極電壓Vds下，測量場效應管的跨導gm，以評估其放大能力。跨導gm測試靜態(tài)參數(shù)測試方法測量場效應管的截止頻率ft，以評估其在高頻工作時的性能。截止頻率ft測試測量場效應管的最大振蕩頻率fmax，以評估其在振蕩電路中的性能。最大振蕩頻率fmax測試測量場效應管的開關時間，包括開通時間和關斷時間，以評估其在開關電路中的性能。開關時間測試動態(tài)參數(shù)測試方法通過加速壽命試驗，模擬場效應管在實際工作條件下的老化過程，以預測其使用壽命。壽命試驗將場效應管置于溫度循環(huán)環(huán)境中，觀察其性能變化，以評估其在溫度變化條件下的可靠性。溫度循環(huán)試驗對場效應管施加規(guī)定的沖擊電壓或電流，觀察其是否能正常工作，以評估其耐沖擊能力。耐沖擊試驗可靠性評估指標和方法總結(jié)與展望06課程總結(jié)回顧電力電子應技術基礎知識介紹了電力電子應技術的基本概念、原理和應用領域。電力場效應晶體管（MOSFET）原理詳細闡述了MOSFET的工作原理、特性和參數(shù)。MOSFET的應用電路分析了MOSFET在開關電源、電機驅(qū)動等電路中的應用。MOSFET的驅(qū)動和保護討論了MOSFET的驅(qū)動電路設計和保護策略。隨著新材料和新工藝的不斷涌現(xiàn)，未來可能會出現(xiàn)更高效、更可靠的電力電子器件。新型電力電子器件的發(fā)展結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)等技