第1章 电力场效应晶体管的基本
特性及对驱动电路的要求
1.1 概述
自从电力电子技术成为独立学科五十多年来，世界各国在电力电子器件方面的研究取得了突飞猛进的进展，极大地带动了电力电子变流设备的研制和应用，使其向高效能化、绿色化、智能化和小型化等方面发展。其中尤其以电力场效应晶体管与绝缘栅控双极型晶体管（IGBT）较为突出。
MOSFET是Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应晶体管）的缩写。电力场效应晶体管分为结型和绝缘栅型，但通常将绝缘栅型的MOSFET型简称为电力MOSFET（PowerMOSFET）。其特点是用栅？源极电压来控制漏极电流，驱动电路简单，需要的驱动功率小，开关速度快，工作频率高，热稳定性优于电力晶体管（GiantTransistor，GTR），但限于材料及工艺技术条件，目前电力MOSFET的电流容量小，耐压低，一般只适合在功率不超过10kW的电力电子变流设备中使用。
电力场效应晶体管器件以其优异的高频和自均流性能在各种高频电力电子变流设备中得到广泛应用，成为当代电力电子工程师所必须熟识的器件。本章主要介绍电力MOSFET的基本特性及对驱动电路的要求。只有熟练掌握了电力MOSFET的基本特性，才能知道驱动它们时应该注意的问题，并有助于理解驱动集成电路的原理和使用方法。后续章节主要列举和介绍电力MOSFET的各种常用驱动电路、驱动集成电路、驱动模块和驱动器的应用技术。
1.2 电力场效应晶体管的基本结构和工作原理
为了说明MOSFET的结构特点与工作原理，首先要说明场效应器件的基本结构。图1.1示出了N沟道MOSFET的结构。由于输出电流是由栅极通过金属氧化膜半导体系统进行控制的，所以这种结构称为MOS结构。在MOSFET中只有一种载流子（N沟道时是电子，P沟道时是空穴）从源极S出发经漏极D流出。图1.2示出了MOSFET的模拟结构，在栅？源极电压UGS＝0时，漏极与源极间的PN结状态与普通二极管一样，为反向偏置状态，此时即使在漏？源极之间施加电压，也不会造成P区内载流子的移动，即器件保持关断状态。
第1章 电力场效应晶体管的基本特性及对驱动电路的要求
如果在栅极G与源极S之间加正向电压（UGS＞0），就会在栅极下面的硅表面出现耗尽区，接着就出现了负电荷（电子），硅的表面从P型反型成N型，如图1.2（b）所示，此时电子从源极移动到漏极形成漏极电流iD，我们把导电的反型层称作沟道。如果在栅极与源极之间加反向电压（UGS＜0），则与上述情况相反，在栅极下面的硅表面上因感应产生空穴，故没有iD电流流过，如图1.2（c）所示。
从图1.1中可以看出，传统的MOSFET结构是把源极、栅极及漏极安装在硅片的同一侧面上，因而MOSFET中的电流是横向流动的，电流容量不可能太大。
要想获得大的功率处理能力，必须有很高的沟道长宽比（W／L），而沟道长度L受基板和光刻工艺的限制不可能做得很小，所以只能增加管芯面积，这显然是不经济的，甚至是难以实现的。
根据载流子的性质，MOSFET可分为N沟道和P沟道两种类型，它们的电路图形符号分别如图1.3（a）与（b）所示，图中箭头表示载流子移动的方向。
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