MOSFETen ikuspegi orokorra

Potentzia MOSFET junction mota eta isolatutako ate mota ere banatzen da, baina normalean batez ere MOSFET mota isolatuari (Metal Oxide Semiconductor FET) aipatzen da potentzia MOSFET (Power MOSFET). Junction motako potentzia-eremu efektuko transistoreari indukzio elektrostatikoko transistore deitzen zaio orokorrean (Static Induction Transistor - SIT). Atearen tentsioa drainatzeko korrontea kontrolatzeko ezaugarria du, gidatzeko zirkuitu sinplea da, disko potentzia gutxi behar du, aldatzeko abiadura azkarra, funtzionamendu-maiztasun handia, egonkortasun termikoa baino hobea da.GTR, baina bere egungo ahalmena txikia da, tentsio baxua, oro har, potentziako gailu elektronikoen 10 kW baino gehiagoko potentziari soilik aplikatzen zaio.

1. Potentzia MOSFET egitura eta funtzionamendu printzipioa

Potentzia MOSFET motak: kanal eroalearen arabera P kanalean eta N kanaletan banatu daitezke. Atearen tentsioaren anplitudearen arabera bana daiteke; agortze mota; atearen tentsioa zero denean kanal eroale baten existentzia arteko drain-iturburu poloa hobetzen denean; N (P) kanaleko gailurako, ate-tentsioa zero baino handiagoa da (baino txikiagoa) kanal eroale bat egon baino lehen, potentzia MOSFET-a N kanala hobetzen da nagusiki.

1.1 PotentziaMOSFETegitura　　

Power MOSFET barne egitura eta sinbolo elektrikoak; bere eroapena polaritate-eramaile bakarra (poli) eroalean parte hartzen du, transistore unipolar bat da. Mekanismo eroale potentzia baxuko MOSFETaren berdina da, baina egiturak alde handia du, potentzia baxuko MOSFET gailu eroale horizontala da, potentzia MOSFET egitura eroale bertikalaren gehiengoa, VMOSFET (MOSFET bertikala) izenez ere ezaguna. , MOSFET gailuaren tentsioa eta korrontearen jasateko gaitasuna asko hobetzen duena.

Egitura eroale bertikalaren desberdintasunen arabera, baina VV-formako zirrikituaren erabileran banatzen da VVMOSFET-en eroankortasun bertikala lortzeko eta VDMOSFET-en (Bertikala Bikoitzeko Difusioa) MOSFET egitura eroale bikoitzeko difusio bertikala du.MOSFET), dokumentu hau batez ere VDMOS gailuen adibide gisa eztabaidatzen da.

Egitura integratu anitzetarako potentzia MOSFETak, esaterako, International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET unitate hexagonal bat erabiliz; Siemens (Siemens) SIPMOSFET unitate karratu bat erabiliz; Motorola (Motorola) TMOS unitate angeluzuzen bat erabiliz "Pin" forma antolamenduaren arabera.

1.2 Potentzia MOSFET funtzionamendu-printzipioa

Mozketa: drain-iturburuko poloen gehi elikatze-iturri positiboaren artean, tentsioaren arteko ate-iturburuko poloak zero dira. p oinarri-eskualdea eta N deriba-eskualdea PN juntura J1 alderantzizko alborapenaren artean eratuta, draina-iturburuko poloen arteko korronte-fluxurik ez.

Eroankortasuna: UGS tentsio positibo batekin ate-iturburuko terminalen artean aplikatuta, atea isolatuta dago, beraz, ez da atearen korronterik igarotzen. Hala ere, atearen tentsio positiboak bere azpiko P-eskualdeko zuloak urrunduko ditu eta P-eskualdeko oligono-elektroiak erakarriko ditu atearen azpiko P-eskualdearen gainazalera, UGSa baino handiagoa denean. UT (pizte-tentsioa edo atalase-tentsioa), atearen azpian dagoen P-eskualdearen gainazalean elektroien kontzentrazioa zuloen kontzentrazioa baino handiagoa izango da, beraz, P motako erdieroalea alderantzikatu da. N mota batean sartu eta alderantzizko geruza bilakatzen da, eta alderantzizko geruzak N kanala osatzen du eta PN juntura J1 desagertzen da, draina eta iturri eroale bihurtzen du.

1.3 Potentzia MOSFETen oinarrizko ezaugarriak

1.3.1 Ezaugarri estatikoak.

Ate-iturriaren arteko drain-korrontearen IDaren eta ate-iturriaren arteko UGS tentsioaren arteko erlazioari MOSFETaren transferentzia-ezaugarri deitzen zaio, ID handiagoa da, ID eta UGS-ren arteko erlazioa gutxi gorabehera lineala da eta kurbaren malda Gfs transkonduktantzia gisa definitzen da. .

MOSFET-aren drainatze-volt-ampere-ren ezaugarriak (irteerako ezaugarriak): ebakitze-eskualdea (GTR-ren ebakitze-eskualdeari dagokiona); saturazio-eskualdea (GTRren anplifikazio-eskualdeari dagokiona); saturaziorik gabeko eskualdea (GTRren saturazio eskualdeari dagokiona). Potentzia MOSFETak kommutazio-egoeran funtzionatzen du, hau da, mozte-eskualdearen eta saturazio-eskualdearen artean aurrera eta atzera aldatzen du. Potentzia MOSFETak diodo parasito bat du drainatze-iturburuko terminalen artean, eta gailuak eroaten du drainatze-iturburuko terminalen artean alderantzizko tentsioa aplikatzen denean. Potentzia MOSFETaren on-egoeraren erresistentzia tenperatura koefiziente positiboa du, gailuak paraleloan konektatzen direnean korrontea berdintzeko egokia dena.

1.3.2 Karakterizazio Dinamikoa;

bere proba-zirkuitua eta kommutazio-prozesuaren uhin-formak.

Pizteko prozesua; pizteko atzerapen-denbora td(on) - aurrean dagoen momentutik uGS = UT eta iD agertzen hasten den unearen arteko denbora-tartea; rise time tr- uGS uT-tik UGSP ate-tentsiora igotzen den denbora-tartea, MOSFET-a eremu ez-saturatuan sartzen den; iD-ren egoera egonkorreko balioa drain-hornidura-tentsioak, UEk eta drainatzeak zehazten du. UGSP-ren magnitudea iD-ren egoera egonkorreko balioarekin erlazionatuta dago. UGS UGSPra iritsi ondoren, gora egiten jarraitzen du egoera egonkorrera iritsi arte, baina iD ez da aldatzen. Pizteko denbora tona-Pizteko atzerapen-denboraren eta igoera-denboraren batura.

Off atzerapen denbora td(off) -ID zerora jaisten hasten den denbora-tartea, Cin Rs eta RG bidez deskargatzen da eta uGS UGSPra jaisten da kurba esponentzial baten arabera.

Jaitsiera denbora tf- uGS UGSPtik eta iDtik jaisten jarraitzen duenetik kanala desagertzen den arte uGS < UT eta ID zerora jaisten den arte. Itzaltze-denbora toff- Itzaltze-atzerapen-denboraren eta erorketa-denboraren batura.

1.3.3 MOSFET-en aldatze-abiadura.

MOSFET-en aldatze-abiadura eta Cin-en kargak eta deskargak harreman handia dute, erabiltzaileak ezin du Cin murriztu, baina gidatzeko zirkuituaren barne-erresistentzia Rs murriztu dezake denbora konstantea murrizteko, aldatze-abiadura bizkortzeko, MOSFETek eroankortasun politronikoan bakarrik oinarritzen dute, ez dago biltegiratze efektu oligotronikorik, eta, beraz, itzaltze-prozesua oso azkarra da, 10-100 ns-ko aldatze-denbora, funtzionamendu-maiztasuna 100 kHz-koa izan daiteke. edo gehiago, potentzia nagusien gailu elektronikoen artean altuena da.

Eremu kontrolatutako gailuek ez dute ia sarrerako korronterik behar atsedenaldian. Hala ere, aldatze-prozesuan, sarrerako kondentsadorea kargatu eta deskargatu behar da, eta horrek oraindik gidatzeko potentzia jakin bat behar du. Zenbat eta kommutazio-maiztasun handiagoa izan, orduan eta handiagoa izango da disko-potentzia behar.

1.4 Errendimendu dinamikoaren hobekuntza

Gailuaren aplikazioaz gain, gailuaren tentsioa, korrontea, maiztasuna kontuan hartu behar dira, baina gailua nola babestu aplikatzen ere menderatu behar du, gailua kalteen aldaketetan ez egiteko. Jakina, tiristorea bi transistore bipolarren konbinazioa da, eremu handia dela eta kapazitate handiarekin batera, beraz, bere dv/dt gaitasuna ahulagoa da. Di/dtrentzat ere eroapen-eskualdearen arazo hedatua du, beraz, muga nahiko larriak ere ezartzen ditu.

Potentzia MOSFETaren kasua nahiko ezberdina da. Haren dv/dt eta di/dt gaitasuna sarritan estimatzen da nanosegundoko (mikrosegundoko baino) ahalmenaren arabera. Baina, hala ere, errendimendu dinamikoen mugak ditu. Hauek potentzia MOSFET baten oinarrizko egituraren arabera uler daitezke.

Potentzia MOSFET baten egitura eta hari dagokion zirkuitu baliokidea. Gailuaren ia zati guztietan kapazitatez gain, kontuan hartu behar da MOSFETak paraleloan konektatutako diodo bat duela. Ikuspegi jakin batetik, transistore parasito bat ere badago. (IGBT batek tiristore parasito bat ere baduen bezala). MOSFETen portaera dinamikoaren azterketan faktore garrantzitsuak dira.

Lehenik eta behin MOSFET egiturari atxikitako diodo intrintsekoak nolabaiteko elur-jausi-gaitasuna du. Hau, normalean, elur-jausi bakarreko gaitasunaren eta elur-jausi ahalmen errepikakorraren arabera adierazten da. Alderantzizko di/dt handia denean, diodoak pultsu-puntu oso azkar baten jasaten du, eta horrek elur-jausi-eskualdean sartzeko eta potentzialki gailua kaltetu dezake bere elur-jausi-gaitasuna gainditzen denean. PN lotuneko edozein diodorekin gertatzen den bezala, bere ezaugarri dinamikoak aztertzea nahiko konplexua da. Oso desberdinak dira aurrerako noranzkoan eroaten duen eta alderantzizkoan blokeatzen duen PN lotunearen kontzeptu soiletik. Korrontea azkar jaisten denean, diodoak alderantzizko blokeatzeko gaitasuna galtzen du alderantzizko berreskuratze-denbora bezala ezagutzen den denbora-tarte batean. denbora-tarte bat ere badago PN junturak azkar joatea behar duen eta ez duela oso erresistentzia baxua erakusten. Potentzia MOSFET batean diodoan aurrerako injekzioa dagoenean, injektatutako eramaile minoritarioek ere MOSFETaren konplexutasuna gehitzen dute gailu multitroniko gisa.

Baldintza iragankorrak oso lotuta daude linearen baldintzekin, eta alderdi honi arreta nahikoa eman behar zaio aplikazioan. Garrantzitsua da gailuaren ezagutza sakona izatea, dagozkien arazoen ulermena eta azterketa errazteko.