MOSFET与IGBT：电力电子技术中的关键功率器件

电力电子技术是现代电气工程中的重要分支，主要研究如何利用电力器件进行能量转换和控制。在这一领域，双极性功率晶体管、功率场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅晶体管(IGBT)是核心器件，它们在电力系统中发挥着关键作用。 第八大章专门探讨了这两种类型的功率晶体管，首先是双极性功率晶体管，它依赖于两种载流子（电子和空穴）的协同作用来控制电流。相比之下，MOSFET是一种单极型器件，它利用外部电场来控制半导体内的电荷分布，从而实现开关功能。MOSFET主要分为两种类型：结型MOSFET和绝缘栅型MOSFET。 结型MOSFET通过改变栅-源之间PN结耗尽层的宽度来调节电导，栅极与源、漏电极之间绝缘，允许通过控制外加电场来控制电子移动。绝缘栅型MOSFET进一步升级，栅极与其余电极间的绝缘性更强，使得电荷感应更为精确，其导电机制基于正向电压下的电子反型，即在栅电压大于阈值电压（UT）时，P型半导体区域反转为N型，形成导电通道。 MOSFET的工作状态包括截止、导通和可变电阻区（也称为线性区）、饱和区以及可能的击穿区。截止状态下，栅源极间电压为零，没有电流流过；当栅极电压高于阈值电压且漏源电压大于零时，MOSFET导通，电流随电压增加；在可变电阻区，电流随电压增加但增益较低；而在饱和区，电流基本恒定，类似晶体管的放大特性；如果电压过高，可能会导致漏极PN结击穿，电流急剧增大。 IGBT则是结合了MOSFET的绝缘栅技术和双极型晶体管的优点，通过栅极控制子开关和续流二极管的协同工作，实现更高的开关速度和效率。这种复合结构使其在大功率应用中表现出色，特别是在牵引变流器和工业电机驱动等场合。 总结来说，电力电子技术中，MOSFET和IGBT作为关键器件，其工作原理和结构设计对于理解电力系统的高效能转换和控制至关重要。掌握这些知识点有助于工程师们在实际项目中选择合适的器件，并优化电力系统的设计和性能。