MOSFET áttekintése

A teljesítmény MOSFET szintén osztható csatlakozási típusú és szigetelt kapu típusra, de általában főként a szigetelt kapu típusú MOSFET-re (Metal Oxide Semiconductor FET) utal, amelyet teljesítmény MOSFET-nek (Power MOSFET) neveznek. A kereszteződés típusú erőtérhatású tranzisztort általában elektrosztatikus indukciós tranzisztornak (Static Induction Transistor - SIT) nevezik. Jellemzője a kapufeszültség a leeresztőáram szabályozásához, a meghajtó áramkör egyszerű, kis hajtási teljesítményt igényel, gyors kapcsolási sebesség, magas működési frekvencia, a termikus stabilitás jobb, mint aGTR, de áramkapacitása kicsi, alacsony feszültségű, általában csak 10 kW-nál nem nagyobb teljesítményű elektromos készülékek teljesítményére vonatkozik.

1. Power MOSFET felépítése és működési elve

Teljesítmény MOSFET típusok: a vezető csatorna szerint P-csatornára és N-csatornára osztható. Szerint a kapu feszültség amplitúdó osztható; kimerülés típusa; ha a kapu feszültsége nulla, amikor a lefolyó-forrás pólus között van egy vezető csatorna, fokozott; N (P) csatornás eszköz esetén a kapufeszültség nagyobb (kisebb, mint nulla) vezető csatorna létezése előtt, a teljesítmény MOSFET főként N-csatornás megnövelt.

1.1 TeljesítményMOSFETszerkezet　　

Power MOSFET belső szerkezet és elektromos szimbólumok; vezetése csak egy polaritáshordozó (polis) vesz részt a vezetőben, egy unipoláris tranzisztor. A vezetési mechanizmus megegyezik a kis teljesítményű MOSFET-tel, de a szerkezet nagy különbséggel rendelkezik, a kis teljesítményű MOSFET egy vízszintes vezetőeszköz, a teljesítmény MOSFET a függőleges vezetőszerkezet nagy része, más néven VMOSFET (Vertical MOSFET) , ami nagymértékben javítja a MOSFET eszköz feszültség- és áramtűrő képességét.

A függőleges vezetőszerkezet különbségei szerint, de a V-alakú horony használatára is osztva a VVMOSFET függőleges vezetőképességének elérése érdekében, és a VDMOSFET függőleges vezetőképes kettős diffúz MOSFET szerkezete (Vertical Double-diffused)MOSFET), ezt a cikket elsősorban a VDMOS-eszközök példájaként tárgyaljuk.

Tápellátási MOSFET-ek több integrált struktúrához, például International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET hatszögletű egységgel; Siemens (Siemens) SIPMOSFET négyzetes egységgel; Motorola (Motorola) TMOS egy téglalap alakú egységet a "Pin" alakú elrendezéssel.

1.2 Power MOSFET működési elve

Lezárás: a lefolyó-forrás pólusok és a pozitív tápegység között a feszültség közötti kapu-forrás pólusok nulla. p alapterület és N sodródási tartomány a J1 PN átmenet között kialakult fordított előfeszítés, nincs áram a lefolyóforrás pólusai között.

Vezetőképesség: A kapuforrás kivezetései között pozitív UGS feszültséggel a kapu szigetelt, így nem folyik kapuáram. A kapu pozitív feszültsége azonban eltolja az alatta lévő P-régió lyukait, és a P-régióban lévő oligon-elektronokat a kapu alatti P-régió felületére vonzza, ha az UGS nagyobb, mint a UT (turn-on voltage or threshold voltage), a kapu alatti P-régió felületén az elektronok koncentrációja nagyobb lesz, mint a lyukak koncentrációja, így a A P-típusú félvezető N-típusúvá invertált, és fordított réteggé válik, az invertált réteg pedig N-csatornát alkot, és a J1 PN-csomópontot eltűnik, lefolyik és vezetőképessé teszi.

1.3 A teljesítmény-MOSFET-ek alapvető jellemzői

1.3.1 Statikus jellemzők.

A leeresztőáram ID és a kapuforrás közötti UGS feszültség közötti kapcsolatot a MOSFET átviteli karakterisztikájának nevezzük, az ID nagyobb, az ID és az UGS közötti kapcsolat megközelítőleg lineáris, a görbe meredeksége pedig a Gfs transzkonduktancia. .

A MOSFET leeresztő volt-amper karakterisztikája (kimeneti karakterisztikája): cutoff region (megfelel a GTR cutoff régiójának); telítési régió (amely a GTR amplifikációs régiójának felel meg); nem telített régió (amely a GTR telítési régiójának felel meg). A teljesítmény MOSFET kapcsolási állapotban működik, azaz oda-vissza kapcsol a levágási tartomány és a nem telített tartomány között. A teljesítmény MOSFET egy parazita diódával rendelkezik a lefolyóforrás kivezetései között, és az eszköz akkor vezet, ha fordított feszültség van a lefolyóforrás kivezetései között. A teljesítmény MOSFET bekapcsolt ellenállása pozitív hőmérsékleti együtthatóval rendelkezik, ami kedvező az áramkiegyenlítéshez, ha a készülékek párhuzamosan vannak csatlakoztatva.

1.3.2 Dinamikus jellemzés;

tesztkörének és kapcsolási folyamatának hullámformáit.

A bekapcsolási folyamat; bekapcsolási késleltetési idő td(on) - az az időtartam, amely a felfutás pillanatától az uGS = UT és az iD megjelenésének pillanatáig tart; emelkedési idő tr- az az időtartam, amikor az uGS az uT-től az UGSP kapufeszültségig emelkedik, amelynél a MOSFET belép a nem telített tartományba; az iD állandósult állapotát a lefolyó tápfeszültsége (UE) és a lefolyó határozza meg. Az UGSP nagysága az iD állandósult állapotú értékéhez kapcsolódik. Miután az UGS eléri az UGSP-t, az up hatására tovább emelkedik, amíg el nem éri az egyensúlyi állapotot, de az iD változatlan. Bekapcsolási idő ton – A bekapcsolási késleltetési idő és az emelkedési idő összege.

Kikapcsolási késleltetési idő td(ki) – Az az időtartam, amikor az iD nullára kezd csökkenni attól az időponttól kezdve, amikor az idő nullára esik, a Cin az Rs-n és az RG-n keresztül kisül, és az uGS az UGSP-re esik egy exponenciális görbe szerint.

Esési idő tf- Az az időtartam, amelytől az uGS tovább esik az UGSP-től és az iD-től, csökken addig, amíg a csatorna eltűnik, amikor uGS < UT, és az ID nullára esik. Kikapcsolási idő ki- A kikapcsolási késleltetési idő és az esési idő összege.

1.3.3 MOSFET kapcsolási sebesség.

A MOSFET kapcsolási sebessége és a Cin töltése és kisütése nagyszerű kapcsolatban áll egymással, a felhasználó nem tudja csökkenteni a Cin-t, de csökkentheti a meghajtó áramkör belső ellenállását Rs az időállandó csökkentése, a kapcsolási sebesség felgyorsítása érdekében, a MOSFET csak a polytronic vezetőképességre támaszkodik, nincs oligotronikus tárolási hatás, így a leállási folyamat nagyon gyors, a kapcsolási idő 10-100n, a működési frekvencia akár 100kHz, ill. több, a legnagyobb teljesítményű elektronikai eszközök közül a legmagasabb.

A terepi vezérlésű eszközök nyugalmi állapotban szinte semmilyen bemeneti áramot nem igényelnek. A kapcsolási folyamat során azonban a bemeneti kondenzátort fel kell tölteni és kisütni kell, ami még mindig bizonyos hajtóerőt igényel. Minél nagyobb a kapcsolási frekvencia, annál nagyobb a szükséges teljesítmény.

1.4 Dinamikus teljesítményjavítás

Amellett, hogy a készülék alkalmazása, hogy fontolja meg a készülék feszültség, áram, frekvencia, hanem el kell sajátítania az alkalmazást, hogyan kell megvédeni a készüléket, hogy ne tegye a készüléket a tranziens változásokat a kár. Természetesen a tirisztor két bipoláris tranzisztor kombinációja, amelyhez a nagy terület miatt nagy kapacitás társul, így a dv/dt képessége sebezhetőbb. A di/dt esetében is van egy kiterjesztett vezetési régió problémája, így elég komoly korlátokat is támaszt.

A teljesítmény MOSFET esete egészen más. A dv/dt és a di/dt képességét gyakran nanoszekundumra vetítve (nem mikroszekundumra) becsülik. Ennek ellenére azonban vannak dinamikus teljesítménybeli korlátai. Ezeket a teljesítmény MOSFET alapszerkezete alapján érthetjük meg.

A teljesítmény MOSFET és a megfelelő ekvivalens áramkör felépítése. A készülék szinte minden részének kapacitása mellett figyelembe kell venni, hogy a MOSFET-en van párhuzamosan bekötött dióda. Bizonyos szempontból létezik parazita tranzisztor is. (Ahogy az IGBT-nek is van parazita tirisztorja). Ezek fontos tényezők a MOSFET-ek dinamikus viselkedésének vizsgálatában.

Mindenekelőtt a MOSFET szerkezethez csatlakoztatott belső diódának van némi lavinaképessége. Ezt általában az egyszeri lavina-képességben és az ismétlődő lavina-képességben fejezik ki. Ha a fordított di/dt nagy, a dióda nagyon gyors impulzuscsúcsnak van kitéve, amely potenciálisan behatol a lavina tartományába, és károsíthatja az eszközt, ha a lavinaképességét túllépik. Mint minden PN átmenet diódánál, dinamikus jellemzőinek vizsgálata meglehetősen bonyolult. Nagyon különböznek attól az egyszerű koncepciótól, hogy egy PN csomópont előrefelé vezet, és ellentétes irányban blokkol. Ha az áramerősség gyorsan csökken, a dióda elveszíti fordított blokkolási képességét a fordított helyreállítási időnek nevezett időtartamra. van olyan időszak is, amikor a PN átmenetnek gyorsan kell vezetnie, és nem mutat túl alacsony ellenállást. Ha a teljesítmény MOSFET diódájába előre befecskendezik, a befecskendezett kisebbségi vivők is tovább növelik a MOSFET mint multitronic eszköz összetettségét.

A tranziens állapotok szorosan összefüggenek a vonali viszonyokkal, és erre a szempontra kellő figyelmet kell fordítani az alkalmazásban. A megfelelő problémák megértésének és elemzésének megkönnyítése érdekében fontos a készülék alapos ismerete.