功率MOSFET管构成的功率放大器电路.docx

计控学院College of computer and control engineering Qiqihar universityEDA 课程设计报告系 别 电气工程系学生姓名 班 级 学 号 指导教师 提交日期 功 率 MOSFET 管 构 成 的 功 率 放 大 器 电 路、选择功率MOSFET管的原因：“MOSFET” 是英文 MetalOxide Semicoductor Field Effect Transistor 的缩写，译成中文是“金属氧 化物半导体场效应管”它是由金属、氧化物（SiO2或SiN）及半导体三种材料制成的器件所谓功率 MOSFET（Power MOSFET）是指它能输出较大的工作电流（几安到几十安），用于功率输出级的器件1.1 功率 MOSFET 管的种类：按导电沟道可分为P沟道和N沟道按栅极电压幅值可分为；耗尽型；当栅极电压为零时漏源 极之间就存在导电沟道，增强型；对于N （P）沟道器件，栅极电压大于（小于）零时才存在导电沟 道，功率MOSFET主要是N沟道增强型.功率MOSFET主要用于计算机外设（软、硬驱动器、打印机、绘图机）、电源（AC/DC变换器、DC /DC变换器）、汽车电子、音响电路及仪器、仪表等领域1.2功率MOSFET的结构：按垂直导电结构的差异，又分为利用 V 型槽实现垂直导电的 VVMOSFET 和具有垂直导电双扩散 MOS 结构的 VDMOSFET（ Vertical Double-diffused MOSFET） ..功率MOSFET为多元集成结构，如国际整流器公司（International Rectifier）的HEXFET采用了六边 形单元；西门子公司（Siemens）的SIPMOSFET采用了正方形单元；摩托罗拉公司（Motorola）的 TMOS 采用了矩形单元按“品”字形排列。

1.3功率MOSFET的工作原理：截止：漏源极间加正电源，栅源极间电压为零P基区与N漂移区之间形成的PN结J1反偏， 漏源极之间无电流流过导电：在栅源极间加正电压UGS,栅极是绝缘的，所以不会有栅极电流流过但栅极的正电压 会将其下面P区中的空穴推开，而将P区中的少子一电子吸引到栅极下面的P区表面当UGS大于UT （开启电压或阈值电压）时，栅极下P区表面的电子浓度将超过空穴浓度，使P 型半导体反型成N型而成为反型层，该反型层形成N沟道而使PN结J1消失，漏极和源极导电s1.4功率MOSFET 的结构图：1； ■ :b)电气图形符号U询迹a)內誌结构断面示意功率 MOSFET 的内部结构和电气符号如图1 所示；其导通时只有一种极性的载流子(多子)参 与导电，是单极型晶体管导电机理与小功率MOS管相同，但结构上有较大区别，小功率MOS管 是横向导电器件，功率MOSFET大都采用垂直导电结构，又称为VMOSFET(Vertical MOSFET)， 大大提高了 MOSFET 器件的耐压和耐电流能力1.5 功率 MOSFET 驱动电路：功率 MOSFET 是电压型驱动器件，没有少数载流子的存贮效应，输入阻抗高，因而开关速度可以 很高，驱动功率小，电路简单。

但功率MOSFET的极间电容较大，输入电容CISS、输出电容COSS 和反馈电容 CRSS 与极间电容的关系可表述为： 功率 MOSFET 的栅极输入端相当于一个容性网络， 它的工作速度与驱动源内阻抗有关由于 CISS 的存在，静态时栅极驱动电流几乎为零，但在开通 和关断动态过程中，仍需要一定的驱动电流假定开关管饱和导通需要的栅极电压值为V GS,开关 管的开通时间 TON 包括开通延迟时间 TD 和上升时间 TR 两部分开关管关断过程中，CISS通过ROFF放电，COSS由RL充电，COSS较大，VDS (T)上升较 慢，随着VDS (T)上升较慢，随着VDS (T)的升高COSS迅速减小至接近于零时，VDS (T)再 迅速上升根据以上对功率 MOSFET 特性的分析，其驱动通常要求：触发脉冲要具有足够快的上升和下降 速度；②开通时以低电阻力栅极电容充电，关断时为栅极提供低电阻放电回路，以提高功率MOSFET 的开关速度；③为了使功率MOSFET可靠触发导通，触发脉冲电压应高于管子的开启电压，为了防 止误导通，在其截止时应提供负的栅源电压；④功率开关管开关时所需驱动电流为栅极电容的充放 电电流，功率管极间电容越大，所需电流越大，即带负载能力越大。

MOSFET 的优点——单极型，电压驱动，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功 率小而且驱动电路简单1.6 功率 MOSFET 与双极型功率相比具有如下特点：1．MOSFET 是电压控制型器件（双极型是电流控制型器件），因此在驱动大电流时无需推动级， 电路较简单；2.输入阻抗高，可达108 Q以上；3．工作频率范围宽，开关速度高（开关时间为几十纳秒到几百纳秒），开关损耗小；4.有较优良的线性区，并且 MOSFET 的输入电容比双极型的输入电容小得多，所以它的交流 输入阻抗极高；噪声也小，最合适制作Hi-Fi音响；5.功率 MOSFET 可以多个并联使用，增加输出电流而无需均流电阻电路主要元件：电阻，电容，二极管，功率MOSFET管，NPN型晶闸管VT1~VT4 采用 2SC1775,VT5~VT6 采用 2ST77， VT7~VT8 采用 2SK214,VT9 采用 2SC945， VT10 采用 2SC945， VT11 采用 2SA733,VT12~VT13 采用 2SK134， VT14~VT15 采用 2SJ49,VD1~VD2 采用 IS1588三、电路的工作原理及作用:上图采用功率MOSFET管构成的功率放大器电路。

决定转换速率的驱动级与输出级都是采用功率 MOSFET 管，这样可提高电路的高频特性输出功率由电源电压和负载电阻决定，可连续输出 100W〜150W的工作状态，对负载短路也有较强的承受能力差动第2级采用2SJ77中功率MOSFET 管，电流镜像电路采用2SK214，工作电流为6mA,但电源电压较高（为正负50V）,因此晶体管会发 热，要接入小型散热器输出级不经过射随器而采用直接驱动方式，为此增加了驱动电路的负载，为了增大转换速率，可 VT5〜VT8 允许损耗范围内加大漏级偏置电流功率MOSFET管容易产生振荡，简单的解决方法是在栅极附近接入电阻RG,其电阻值随MOSFET 管不同而异，一般为50Q〜500Q，但这样要牺牲电路的一些高频特性差动级工作电流可由输入级的偏置电路进行调整，若R7阻值小，电流既增大，转换速率也增大 当R1=R11时失调电压减小，但完全凋零时，可在VT1和VT2的发射极入半可调电位器输出级偏 置电流由RP1设定，每个输出管的漏极电流为100mA左右四、心得体会:通过本次课程设计加深了对功率 MOSFET 的理解和认识，对其结构及工作原理等的掌握更加扎 实，以及其在具体电路中的作用也有了一些认识，并且在电路图的绘制中也提高了动手能力。