Ringkesan MOSFET

Power MOSFET uga dipérang dadi jinis prapatan lan jinis gapura terisolasi, nanging biasane utamané nuduhake jinis gerbang terisolasi MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), diarani minangka MOSFET daya (Power MOSFET). Transistor efek medan daya jinis persimpangan umume diarani transistor induksi elektrostatik (Transistor Induksi Statis - SIT). Punika ditondoi dening voltase gapura kanggo ngontrol saiki saluran, sirkuit drive prasaja, mbutuhake daya drive sethitik, kacepetan ngoper cepet, frekuensi operasi dhuwur, stabilitas termal luwih apik tinimbangGTR, nanging kapasitas saiki cilik, kurang voltase, umume mung ditrapake kanggo daya ora luwih saka 10kW piranti elektronik daya.

1. Struktur MOSFET daya lan prinsip operasi

Jinis MOSFET daya: miturut saluran konduktif bisa dipérang dadi P-channel lan N-channel. Miturut amplitudo voltase gerbang bisa dipérang dadi; jinis panipisan; nalika voltase gapura nul nalika kutub saluran-sumber antarane orane saluran nindakake, meningkat; kanggo piranti saluran N (P), voltase gerbang luwih gedhe tinimbang (kurang saka) nol sadurunge ana saluran sing nindakake, MOSFET daya utamane ditingkatake saluran N.

1.1 DayaMOSFETstruktur　　

Power MOSFET struktur internal lan simbol listrik; konduksi sawijining mung siji operator polaritas (polys) melu ing konduktif, punika transistor unipolar. Mekanisme tumindak padha karo MOSFET-daya kurang, nanging struktur wis prabédan amba, MOSFET-daya kurang minangka piranti konduktif horisontal, MOSFET daya paling saka struktur konduktif vertikal, uga dikenal minangka VMOSFET (MOSFET Vertikal). , sing ningkatake voltase piranti MOSFET lan kemampuan tahan saiki.

Miturut beda ing struktur konduktif vertikal, nanging uga dipérang dadi nggunakake alur V-shaped kanggo entuk konduktivitas vertikal saka VVMOSFET lan nduweni struktur MOSFET pindho kasebar vertikal konduktif saka VDMOSFET (Vertical Double-diffused.MOSFET), makalah iki utamane dibahas minangka conto piranti VDMOS.

MOSFET daya kanggo macem-macem struktur terpadu, kayata International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET nggunakake unit heksagonal; Siemens (Siemens) SIPMOSFET nggunakake unit kothak; Motorola (Motorola) TMOS nggunakake unit persegi dowo dening susunan wangun "Pin".

1.2 Prinsip operasi MOSFET daya

Cut-off: antarane kutub saluran-sumber plus sumber daya positif, kutub gerbang-sumber antarane voltase punika nul. wilayah basa p lan wilayah drift N kawangun antarane prapatan PN J1 bias mbalikke, ora aliran saiki antarane kutub saluran-sumber.

Konduktivitas: Kanthi voltase positif UGS ditrapake ing antarane terminal gerbang-sumber, gerbang kasebut terisolasi, saengga ora ana arus gerbang sing mili. Nanging, voltase positif saka gapura bakal push adoh bolongan ing P-wilayah ngisor, lan narik kawigaten oligons-elektron ing P-wilayah menyang lumahing P-wilayah ngisor gapura nalika UGS luwih saka UT (voltase nguripake utawa voltase ambang), konsentrasi elektron ing permukaan P-region ing sangisore gapura bakal luwih saka konsentrasi bolongan, saéngga semikonduktor P-jinis kuwalik dadi N-jinis. lan dadi lapisan kuwalik, lan lapisan kuwalik mbentuk N-saluran lan ndadekake PN prapatan J1 ilang, saluran lan konduktif sumber.

1.3 Karakteristik dhasar saka MOSFET Power

1.3.1 Karakteristik Statis.

Hubungan antarane ID saiki saluran lan UGS voltase antarane sumber gerbang diarani karakteristik transfer MOSFET, ID luwih gedhe, hubungan antarane ID lan UGS kira-kira linear, lan kemiringan kurva ditetepake minangka transconductance Gfs .

Karakteristik volt-ampere saluran (karakteristik output) saka MOSFET: wilayah cutoff (cocog karo wilayah cutoff saka GTR); wilayah jenuh (cocog karo wilayah amplifikasi GTR); wilayah non-saturasi (cocog karo wilayah jenuh GTR). MOSFET daya beroperasi ing negara ngoper, yaiku, bolak-balik antarane wilayah cutoff lan wilayah non-jenuh. MOSFET daya nduweni dioda parasit antarane terminal saluran-sumber, lan piranti tumindak nalika voltase mbalikke ditrapake antarane terminal saluran-sumber. Ing-negara resistance saka MOSFET daya wis koefisien suhu positif, kang sarujuk kanggo equalizing saiki nalika piranti disambungake ing podo karo.

1.3.2 Karakterisasi Dinamis;

sirkuit test lan proses ngoper wangun gelombang.

Proses ngaktifake; wektu tundha nguripake td (ing) - wektu antarane wayahe munggah ngarep lan wayahe nalika uGS = UT lan iD wiwit katon; wektu munggah tr- periode wektu nalika uGS mundhak saka uT menyang voltase gerbang UGSP ing kang MOSFET lumebu ing wilayah non-jenuh; Nilai steady state iD ditemtokake dening voltase sumber saluran, UE, lan saluran Gedhene UGSP ana hubungane karo nilai steady state iD. Sawise UGS tekan UGSP, terus munggah ing tumindak munggah nganti tekan steady state, nanging iD panggah. Wektu nguripake ton-Jumlah wektu tundha lan wektu munggah.

Off wektu tundha td (mati) -Ing wektu nalika iD wiwit suda kanggo nul saka wektu munggah kanggo nul, Cin kosong liwat Rs lan RG, lan uGS tumiba UGSP miturut kurva eksponensial.

Mudhun wektu tf- Periode wektu nalika uGS terus tiba saka UGSP lan iD suda nganti saluran ilang ing uGS <UT lan ID tiba nol. Turn-off time toff- Jumlah wektu tundha mateni lan wektu tiba.

1.3.3 MOSFET kacepetan ngoper.

MOSFET kacepetan ngoper lan Cin daya lan discharging wis hubungan gedhe, pangguna ora bisa ngurangi Cin, nanging bisa nyuda driving sirkuit internal resistance Rs kanggo ngurangi wektu pancet, kanggo nyepetake kacepetan ngoper, MOSFET mung gumantung ing konduktivitas polytronic, ora ana efek panyimpenan oligotronic, lan kanthi mangkono proses shutdown cepet banget, wektu ngoper 10-100ns, frekuensi operasi bisa nganti 100kHz utawa luwih, iku paling dhuwur saka piranti elektronik daya utama.

Piranti sing dikontrol lapangan mbutuhake meh ora ana input arus nalika ngaso. Nanging, sajrone proses ngoper, kapasitor input kudu diisi lan dibuwang, sing isih mbutuhake daya nyopir tartamtu. Sing luwih dhuwur frekuensi ngoper, luwih gedhe daya drive sing dibutuhake.

1.4 Peningkatan kinerja dinamis

Saliyane aplikasi piranti kanggo nimbang voltase piranti, saiki, frekuensi, nanging uga kudu Master ing aplikasi carane nglindhungi piranti, ora kanggo nggawe piranti ing owah-owahan dilut ing karusakan. Mesthi thyristor minangka kombinasi saka rong transistor bipolar, ditambah karo kapasitansi gedhe amarga wilayah sing gedhe, saengga kemampuan dv / dt luwih rentan. Kanggo di / dt uga duwe masalah wilayah konduksi sing luwih dawa, mula uga ngetrapake watesan sing cukup abot.

Kasus MOSFET daya cukup beda. Kapabilitas dv/dt lan di/dt asring dikira-kira ing babagan kapabilitas saben nanodetik (tinimbang saben mikrodetik). Nanging senadyan iki, ana watesan kinerja dinamis. Iki bisa dimangerteni babagan struktur dhasar MOSFET daya.

Struktur MOSFET daya lan sirkuit sing padha. Saliyane kapasitansi ing meh kabeh bagean saka piranti, kudu dianggep sing MOSFET wis diode disambungake ing podo karo. Saka sudut pandang tartamtu, ana uga transistor parasit. (Kaya IGBT uga duwe thyristor parasit). Iki minangka faktor penting kanggo sinau babagan prilaku dinamis MOSFET.

Kaping pisanan, dioda intrinsik sing dipasang ing struktur MOSFET nduweni kemampuan longsor. Iki biasane ditulis ing syarat-syarat kemampuan longsor tunggal lan kemampuan longsor bola-bali. Nalika mbalikke di / dt gedhe, dioda ngalami lonjakan pulsa sing cepet banget, sing duweni potensi kanggo mlebu wilayah longsor lan duweni potensi ngrusak piranti kasebut yen kemampuan longsor wis ngluwihi. Kaya karo dioda PN junction, nliti karakteristik dinamis cukup rumit. Padha beda banget saka konsep prasaja saka prapatan PN nindakake ing arah maju lan mblokir ing arah mbalikke. Nalika arus mudhun kanthi cepet, dioda bakal ilang kemampuan pamblokiran mbalikke sajrone wektu sing dikenal minangka wektu pemulihan mbalikke. ana uga wektu nalika prapatan PN dibutuhake kanggo nindakake kanthi cepet lan ora nuduhake resistance banget kurang. Sawise ana injeksi maju menyang dioda ing MOSFET daya, operator minoritas nyuntikaken uga nambah kerumitan MOSFET minangka piranti multitronic.

Kondisi transien raket banget karo kahanan garis, lan aspek iki kudu diwenehi perhatian sing cukup ing aplikasi kasebut. Iku penting kanggo duwe kawruh ing-ambane saka piranti supaya nggampangake pangerten lan analisis masalah sing cocog.