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, ha a lefolyó-forrás pólus között van egy vezető csatorna, fokozott; N (P) csatornás eszköznél 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 drift 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 (bekapcsolási feszültség vagy küszöbfeszültség), a kapu alatti P-régió felületén az elektronok koncentrációja nagyobb lesz, mint a lyukak koncentrációja, így a P-típusú félvezető N-típusúvá válik, és egy fordított réteg, és az invertált réteg N-csatornát alkot, és a J1 PN csomópont eltűnik, a lefolyó és a forrás 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 az első pillanattól 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 tonna – 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 10-100 n, a működési frekvencia akár 100 kHz vagy több is lehet, a fő 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 di/dt képességét gyakran nanoszekundumra vetítve (nem mikroszekundumra) becsülik. Ennek ellenére azonban vannak dinamikus teljesítménybeli korlátai. Ezeket a teljesítmény MOSFET alapszerkezete alapján lehet megérteni.

 

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 a PN csomópont előrefelé vezet, és ellentétes irányban blokkol. Ha az áramerősség gyorsan lecsökken, a dióda elveszti fordított blokkolási képességét egy olyan időtartamra, amelyet fordított helyreállítási időnek nevezünk. van olyan időszak is, amikor a PN átmenetnek gyorsan kell vezetnie, és nem mutat túl alacsony ellenállást. Miután 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.