Tinjauan MOSFET

Kakuatan MOSFET ogé dibagi kana tipe simpang jeung tipe Gerbang insulated, tapi biasana utamana nujul kana tipe Gerbang insulated MOSFET (Metal Oksida Semiconductor FET), disebut salaku kakuatan MOSFET (Power MOSFET). Transistor pangaruh médan kakuatan tipe simpang umumna disebut transistor induksi éléktrostatik (Static Induction Transistor - SIT). Hal ieu dicirikeun ku tegangan Gerbang ngadalikeun arus solokan, sirkuit drive basajan, merlukeun saeutik kakuatan drive, speed switching gancang, frékuénsi operasi tinggi, stabilitas termal leuwih hade tinimbang nu.GTR, Tapi kapasitas na ayeuna leutik, tegangan low, umumna ngan lumaku pikeun kakuatan teu leuwih ti 10kW alat éléktronik kakuatan.

1. Struktur kakuatan MOSFET jeung prinsip operasi

Jenis kakuatan MOSFET: nurutkeun saluran conductive bisa dibagi kana P-kanal jeung N-kanal. Numutkeun amplitudo tegangan Gerbang bisa dibagi kana; tipe depletion; lamun tegangan Gerbang enol lamun kutub solokan-sumber antara ayana saluran konduktor, ditingkatkeun; pikeun N (P) alat channel, tegangan Gerbang leuwih gede ti (kirang ti) enol saméméh ayana saluran ngalakonan, kakuatan MOSFET utamana N-kanal ditingkatkeun.

1.1 KakuatanMOSFETstruktur　　

Kakuatan MOSFET struktur internal jeung simbol listrik; konduksi na ngan hiji pamawa polaritasna (polys) aub dina conductive nu, nyaéta transistor unipolar. Mékanisme ngalaksanakeun sami sareng MOSFET kakuatan rendah, tapi strukturna gaduh bédana anu ageung, MOSFET kakuatan rendah mangrupikeun alat konduktif horisontal, kakuatan MOSFET kalolobaan struktur konduktif nangtung, ogé katelah VMOSFET (MOSFET Vertikal) , nu greatly ngaronjatkeun tegangan alat MOSFET jeung kamampuhan tahan arus.

Nurutkeun kana béda dina struktur conductive nangtung, tapi ogé dibagi kana pamakéan alur V ngawangun pikeun ngahontal konduktivitas nangtung tina VVMOSFET tur mibanda struktur MOSFET conductive ganda-diffused nangtung tina VDMOSFET (Vertical Double-diffused).MOSFET), makalah ieu utamana dibahas salaku conto alat VDMOS.

MOSFET kakuatan pikeun sababaraha struktur terpadu, sapertos International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET nganggo unit héksagonal; Siemens (Siemens) SIPMOSFET ngagunakeun unit pasagi; Motorola (Motorola) TMOS ngagunakeun unit rectangular ku susunan bentuk "Pin".

1.2 Prinsip operasi kakuatan MOSFET

Cut-off: antara kutub solokan-sumber ditambah catu daya positif, kutub Gerbang-sumber antara tegangan nyaéta nol. p wewengkon basa jeung N drift wewengkon kabentuk antara PN simpang J1 bias sabalikna, euweuh aliran arus antara kutub solokan-sumber.

Konduktivitas: Kalayan tegangan positif UGS dilarapkeun antara terminal gerbang-sumber, gerbang ieu insulated, jadi euweuh Gerbang ayeuna ngalir. Sanajan kitu, tegangan positif gerbang bakal nyorong jauh liang dina P-wewengkon handap eta, sarta narik oligons-éléktron dina P-wewengkon ka beungeut P-wewengkon handap gerbang nalika UGS leuwih gede dibandingkeun UT (tegangan péngkolan-on atawa tegangan bangbarung), konsentrasi éléktron dina beungeut P-wewengkon handapeun gerbang bakal leuwih ti konsentrasi liang, ku kituna semikonduktor P-tipe inverted kana N-tipe. tur jadi hiji lapisan inverted, sarta lapisan inverted ngabentuk hiji N-kanal sarta ngajadikeun PN simpang J1 disappears, solokan jeung sumber conductive.

1.3 Karakteristik dasar tina Power MOSFETs

1.3.1 Karakteristik statik.

Hubungan antara ID arus solokan sareng tegangan UGS antara sumber gerbang disebut karakteristik transfer MOSFET, ID langkung ageung, hubungan antara ID sareng UGS kirang langkung linier, sareng kemiringan kurva diartikeun salaku Gfs transconductance. .

Karakteristik volt-ampere solokan (karakteristik kaluaran) MOSFET: daérah cutoff (cocog sareng daérah cutoff GTR); wewengkon jenuh (pakait jeung wewengkon amplifikasi tina GTR); wewengkon non-jenuh (cocog jeung wewengkon jenuh tina GTR). MOSFET kakuatan beroperasi dina kaayaan switching, nyaéta, pindah deui mudik antara wewengkon cutoff jeung wewengkon non-jenuh. MOSFET kakuatan ngabogaan dioda parasit antara terminal solokan-sumber, sarta alat nu ngalir nalika tegangan sabalikna diterapkeun antara terminal solokan-sumber. Résistansi on-state tina MOSFET kakuatan boga koefisien hawa positif, nu nguntungkeun pikeun equalizing arus nalika alat disambungkeun di paralel.

1.3.2 Karakterisasi Dinamis;

sirkuit tés na sareng bentuk gelombang prosés switching.

Prosés ngahurungkeun-on; péngkolan-on waktos reureuh td (on) - periode waktu antara momen nepi hareup jeung momen nalika uGS = UT na iD mimiti muncul; waktos naek TR- periode waktu nalika uGS naek ti uT kana tegangan Gerbang UGSP di mana MOSFET asup ka wewengkon non-jenuh; nilai steady state iD ditangtukeun ku tegangan suplai solokan, UE, jeung solokan Gedéna UGSP patali jeung nilai steady state of iD. Saatos UGS ngahontal UGSP, éta terus naek dina aksi nepi nepi ka ngahontal kaayaan ajeg, tapi iD nyaeta unchanged. Hurungkeun waktos ton-Jumlah waktos reureuh sareng waktos naékna.

Pareum waktos reureuh td (pareum) -Periode waktu nalika iD mimiti turun ka enol ti waktu nepi ragrag ka enol, Cin discharged ngaliwatan Rs na RG, sarta uGS ragrag kana UGSP nurutkeun hiji kurva eksponensial.

Waktos ragrag tf- Periode waktos ti nalika uGS terus turun tina UGSP sareng iD turun dugi ka saluran ngaleungit dina uGS <UT sareng ID turun ka nol. Pareuman waktos toff- Jumlah waktos reureuh pareum sareng waktos ragrag.

1.3.3 MOSFET speed switching.

MOSFET speed switching jeung Cin ngecas na discharging boga hubungan hébat, pamaké teu bisa ngurangan Cin, tapi bisa ngurangan sirkuit nyetir lalawanan internal Rs pikeun ngurangan waktu konstan, mun nyepetkeun speed switching, MOSFET ukur ngandelkeun konduktivitas polytronic, teu aya pangaruh gudang oligotronic, sahingga prosés shutdown gancang pisan, waktu switching 10-100ns, frékuénsi operasi bisa nepi ka 100kHz atawa leuwih, mangrupa pangluhurna alat éléktronik kakuatan utama.

Alat-alat anu dikontrol di lapangan meryogikeun ampir henteu aya arus input nalika istirahat. Sanajan kitu, dina mangsa prosés switching, kapasitor input kudu dieusi tur discharged, nu masih merlukeun jumlah nu tangtu kakuatan nyetir. Nu leuwih luhur frékuénsi switching, nu gede kakuatan drive diperlukeun.

1.4 Perbaikan kinerja dinamis

Salian aplikasi alat mertimbangkeun tegangan alat, ayeuna, frékuénsi, tapi ogé kudu master dina aplikasi tina cara ngajaga alat, teu nyieun alat dina parobahan fana dina karuksakan. Tangtosna thyristor mangrupikeun kombinasi dua transistor bipolar, ditambah ku kapasitansi ageung kusabab legana anu ageung, janten kamampuan dv / dt na langkung rentan. Pikeun di / dt ogé ngagaduhan masalah daérah konduksi anu panjang, ku kituna ogé maksakeun watesan anu cukup parah.

Kasus kakuatan MOSFET rada béda. Kamampuh dv/dt sareng di/dt na sering ditaksir tina segi kamampuan per nanodetik (tinimbang per mikrodetik). Tapi sanaos ieu, éta gaduh watesan kinerja dinamis. Ieu tiasa kahartos tina segi struktur dasar MOSFET kakuatan.

Struktur MOSFET kakuatan sareng sirkuit sarimbagna. Salian capacitance ampir unggal bagian tina alat, éta kudu dianggap yén MOSFET ngabogaan dioda disambungkeun di paralel. Tina sudut pandang anu tangtu, aya ogé transistor parasit. (Sapertos IGBT ogé ngagaduhan thyristor parasit). Ieu mangrupikeun faktor anu penting dina ngulik paripolah dinamis MOSFET.

Munggaran sadaya dioda intrinsik napel struktur MOSFET boga sababaraha kamampuhan longsoran. Ieu biasana dinyatakeun dina watesan kamampuhan longsoran tunggal jeung kamampuhan longsoran repetitive. Lamun di / dt sabalikna badag, dioda ieu subjected ka spike pulsa pisan gancang, nu boga potensi pikeun asup ka wewengkon longsoran sarta berpotensi ngaruksak alat lamun kamampuhan longsoran na ngaleuwihan. Sapertos dioda PN junction, ngariksa ciri dinamisna cukup rumit. Éta pisan béda ti konsép basajan tina simpang PN ngajalankeun arah maju sarta blocking dina arah sabalikna. Nalika arus turun gancang, dioda leungiteun kamampuan ngahalangan sabalikna pikeun sababaraha waktos anu katelah waktos pamulihan sabalikna. Aya ogé periode waktu nalika simpang PN diperlukeun pikeun ngalaksanakeun gancang sarta henteu nembongkeun lalawanan pisan low. Sakali aya suntik maju kana dioda dina MOSFET kakuatan, operator minoritas nyuntik ogé nambahan pajeulitna MOSFET salaku alat multitronic.

Kaayaan fana raket patalina jeung kaayaan garis, sarta aspék ieu kudu dibikeun perhatian cukup dina aplikasi. Penting pikeun gaduh pangaweruh anu jero ngeunaan alat pikeun ngagampangkeun pamahaman sareng analisa masalah anu saluyu.