Ħarsa ġenerali MOSFET

Power MOSFET huwa wkoll maqsum f'tip ta 'junction u tip ta' gate iżolat, iżda ġeneralment jirreferi prinċipalment għat-tip ta 'gate iżolat MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), imsejjaħ power MOSFET (Power MOSFET). It-transistor tal-effett tal-kamp tal-qawwa tat-tip junction ġeneralment jissejjaħ transistor tal-induzzjoni elettrostatika (Transistor tal-Induzzjoni Statika - SIT). Hija kkaratterizzata mill-vultaġġ tal-bieb biex tikkontrolla l-kurrent tad-drenaġġ, iċ-ċirkwit tas-sewqan huwa sempliċi, jeħtieġ ftit qawwa tas-sewqan, veloċità ta 'bidla mgħaġġla, frekwenza operattiva għolja, stabbiltà termali hija aħjar mill-GTR, iżda l-kapaċità attwali tagħha hija żgħira, vultaġġ baxx, ġeneralment tapplika biss għall-enerġija mhux aktar minn 10kW ta 'apparat elettroniku ta' enerġija.

1. Enerġija MOSFET struttura u prinċipju operattiv

Tipi MOSFET tal-qawwa: skond il-kanal konduttiv jista 'jinqasam f'kanal P u kanal N. Skont l-amplitudni tal-vultaġġ tal-bieb tista 'tinqasam; tip ta' tnaqqis; meta l-vultaġġ tal-bieb huwa żero meta l-arblu tad-drenaġġ-sors bejn l-eżistenza ta 'kanal konduttur, imsaħħaħ; għall-apparat tal-kanal N (P), il-vultaġġ tal-bieb huwa akbar minn (inqas minn) żero qabel l-eżistenza ta 'kanal konduttur, il-MOSFET tal-qawwa huwa prinċipalment imsaħħaħ N-channel.

1.1 QawwaMOSFETstruttura　　

Power MOSFET struttura interna u simboli elettriċi; konduzzjoni tagħha trasportaturi polarità waħda biss (polys) involuti fil-konduttiv, huwa transistor unipolari. Mekkaniżmu konduttiv huwa l-istess bħall-MOSFET ta 'enerġija baxxa, iżda l-istruttura għandha differenza kbira, il-MOSFET ta' qawwa baxxa huwa mezz konduttiv orizzontali, il-MOSFET tal-qawwa l-biċċa l-kbira tal-istruttura konduttiva vertikali, magħrufa wkoll bħala l-VMOSFET (MOSFET Vertikali) , li jtejjeb ħafna l-vultaġġ tal-apparat MOSFET u l-kapaċità li jifilħu l-kurrent.

Skont id-differenzi fl-istruttura konduttiva vertikali, iżda wkoll maqsuma fl-użu ta 'kanal f'forma ta' V biex tinkiseb konduttività vertikali tal-VVMOSFET u għandha struttura MOSFET konduttiva doppja mxerrda vertikali tal-VDMOSFET (Vertikali Double-diffusedMOSFET), dan id-dokument huwa diskuss prinċipalment bħala eżempju ta 'apparati VDMOS.

MOSFETs tal-qawwa għal struttura integrata multipla, bħal International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET bl-użu ta 'unità eżagonali; Siemens (Siemens) SIPMOSFET li juża unità kwadra; Motorola (Motorola) TMOS bl-użu ta 'unità rettangolari mill-arranġament tal-forma "Pin".

1.2 Power MOSFET prinċipju ta 'tħaddim

Qtugħ: bejn l-arbli tas-sors tad-drenaġġ flimkien mal-provvista ta 'enerġija pożittiva, l-arbli tas-sors tal-bieb bejn il-vultaġġ huwa żero. reġjun bażi p u reġjun drift N iffurmati bejn il-junction PN J1 reverse bias, l-ebda fluss kurrenti bejn il-poli drain-sors.

Konduttività: B'UGS ta 'vultaġġ pożittiv applikat bejn it-terminali tas-sors tal-bieb, il-bieb huwa iżolat, għalhekk l-ebda fluss tal-kurrent tal-bieb. Madankollu, il-vultaġġ pożittiv tal-bieb se jimbotta 'l bogħod it-toqob fir-reġjun P taħtu, u jattira l-oligons-elettroni fir-reġjun P għall-wiċċ tar-reġjun P taħt il-bieb meta l-UGS ikun akbar mill- UT (vultaġġ mixgħul jew vultaġġ limitu), il-konċentrazzjoni ta 'elettroni fuq il-wiċċ tar-reġjun P taħt il-bieb se tkun aktar mill-konċentrazzjoni ta' toqob, sabiex is-semikonduttur tat-tip P invertit f'tip N u jsir saff maqlub, u s-saff invertit jifforma N-kanal u jagħmel il-junction PN J1 tisparixxi, drain u sors konduttiv.

1.3 Karatteristiċi Bażiċi tal-MOSFETs tal-Enerġija

1.3.1 Karatteristiċi statiċi.

Ir-relazzjoni bejn il-kurrent tad-drain ID u l-vultaġġ UGS bejn is-sors tal-bieb tissejjaħ il-karatteristika tat-trasferiment tal-MOSFET, ID hija akbar, ir-relazzjoni bejn ID u UGS hija bejn wieħed u ieħor lineari, u l-inklinazzjoni tal-kurva hija definita bħala t-transconductance Gfs .

Il-karatteristiċi tad-drain volt-ampere (karatteristiċi tal-ħruġ) tal-MOSFET: reġjun tal-qtugħ (li jikkorrispondi għar-reġjun tal-qtugħ tal-GTR); reġjun ta' saturazzjoni (li jikkorrispondi għar-reġjun ta' amplifikazzjoni tal-GTR); reġjun mhux ta 'saturazzjoni (li jikkorrispondi għar-reġjun ta' saturazzjoni tal-GTR). Il-MOSFET tal-qawwa jopera fl-istat tal-iswiċċjar, jiġifieri jaqleb 'il quddiem u 'l quddiem bejn ir-reġjun ta' qtugħ u r-reġjun mhux ta 'saturazzjoni. Il-MOSFET tal-qawwa għandu dajowd parassitiku bejn it-terminali tas-sors tad-drenaġġ, u l-apparat imexxi meta jiġi applikat vultaġġ invers bejn it-terminali tas-sors tad-drain. Ir-reżistenza fuq l-istat tal-MOSFET tal-qawwa għandha koeffiċjent ta 'temperatura pożittiv, li huwa favorevoli għall-ekwalizzazzjoni tal-kurrent meta l-apparati huma konnessi b'mod parallel.

1.3.2 Karatterizzazzjoni Dinamika;

iċ-ċirkwit tat-test tiegħu u l-forom tal-mewġ tal-proċess tal-iswiċċjar.

Il-proċess ta 'tixgħel; ħin ta' dewmien għat-tixgħil td(on) - il-perjodu ta' żmien bejn il-mument ta' quddiem u l-mument meta jibda jidher uGS = UT u iD; ħin ta 'żieda tr- il-perjodu ta' żmien meta uGS jogħla minn uT għall-vultaġġ tal-bieb UGSP li fih il-MOSFET jidħol fir-reġjun mhux saturat; il-valur tal-istat fiss tal-iD huwa ddeterminat mill-vultaġġ tal-provvista tad-drenaġġ, UE, u d-drain Il-kobor tal-UGSP huwa relatat mal-valur tal-istat fiss tal-iD. Wara li l-UGS jilħaq l-UGSP, ikompli jogħla taħt l-azzjoni sa sakemm jilħaq stat stabbli, iżda l-iD ma nbidilx. Ħin li jixgħel ton-Somm tal-ħin tad-dewmien tat-tidwir u l-ħin taż-żieda.

Ħin ta 'dewmien mitfi td(off) -Il-perjodu ta' żmien meta iD jibda jonqos għal żero mill-ħin 'il fuq jaqa' għal żero, Cin jiġi skarikat permezz ta 'Rs u RG, u uGS jaqa' għal UGSP skond kurva esponenzjali.

Ħin li jaqa 'tf- Il-perjodu ta' żmien minn meta uGS ikompli nieżel minn UGSP u iD jonqos sakemm il-kanal jisparixxi f'uGS < UT u ID jaqa 'għal żero. Ħin tat-tifi toff- Is-somma tal-ħin tad-dewmien tat-tifi u l-ħin tal-waqgħa.

1.3.3 Veloċità tal-iswiċċjar MOSFET.

Veloċità tal-iswiċċjar tal-MOSFET u l-iċċarġjar u l-ħatt ta 'Cin għandu relazzjoni kbira, l-utent ma jistax inaqqas Cin, iżda jista' jnaqqas ir-reżistenza interna taċ-ċirkwit tas-sewqan Rs biex inaqqas il-ħin kostanti, biex iħaffef il-veloċità tal-iswiċċjar, MOSFET jiddependu biss fuq il-konduttività polytronic, m'hemm l-ebda effett ta 'ħażna oligotronic, u għalhekk il-proċess ta' għeluq huwa mgħaġġel ħafna, il-ħin tal-bidla ta '10-100ns, il-frekwenza operattiva tista' tkun sa 100kHz jew aktar, huwa l-ogħla ta ' l-apparat elettroniku ta ' l-enerġija prinċipali.

Apparati kkontrollati fuq il-post ma jeħtieġu kważi l-ebda kurrent ta 'input waqt il-mistrieħ. Madankollu, matul il-proċess tal-bidla, il-kapaċitatur tad-dħul jeħtieġ li jiġi ċċarġjat u skarikat, li xorta jeħtieġ ċertu ammont ta 'qawwa tas-sewqan. Aktar ma tkun għolja l-frekwenza tal-iswiċċjar, akbar tkun il-qawwa tas-sewqan meħtieġa.

1.4 Titjib tal-prestazzjoni dinamika

Minbarra l-applikazzjoni tal-apparat biex tikkunsidra l-vultaġġ tal-mezz, il-kurrent, il-frekwenza, iżda wkoll trid kaptan fl-applikazzjoni ta 'kif tipproteġi l-apparat, biex ma tagħmel l-apparat fil-bidliet temporanji fil-ħsara. Naturalment it-tiristori huwa taħlita ta 'żewġ transisters bipolari, flimkien ma' kapaċità kbira minħabba ż-żona kbira, għalhekk il-kapaċità dv/dt tagħha hija aktar vulnerabbli. Għal di/dt għandha wkoll problema ta 'reġjun ta' konduzzjoni estiża, għalhekk timponi wkoll limitazzjonijiet pjuttost severi.

Il-każ tal-qawwa MOSFET huwa pjuttost differenti. Il-kapaċità tad-dv/dt u di/dt tagħha ħafna drabi hija stmata f'termini ta 'kapaċità għal kull nanosekonda (aktar milli għal kull mikrosekonda). Iżda minkejja dan, għandu limitazzjonijiet dinamiċi tal-prestazzjoni. Dawn jistgħu jinftiehmu f'termini ta 'l-istruttura bażika ta' MOSFET ta 'qawwa.

L-istruttura ta 'MOSFET tal-qawwa u ċ-ċirkwit ekwivalenti korrispondenti tiegħu. Minbarra l-capacitance fi kważi kull parti tal-apparat, għandu jitqies li l-MOSFET għandu diode konness b'mod parallel. Minn ċertu aspett, hemm ukoll transistor parassitiku. (Bħalma IGBT għandu wkoll tiristor parassitiku). Dawn huma fatturi importanti fl-istudju tal-imġieba dinamika tal-MOSFETs.

L-ewwelnett id-dijodu intrinsiku mwaħħal mal-istruttura MOSFET għandu xi kapaċità ta 'valanga. Dan normalment jiġi espress f'termini ta 'kapaċità ta' valanga waħda u kapaċità ta 'valanga ripetittiva. Meta d-di/dt tar-rivers ikun kbir, id-dijodu huwa soġġett għal spike tal-polz mgħaġġel ħafna, li għandu l-potenzjal li jidħol fir-reġjun tal-valanga u potenzjalment jagħmel ħsara lill-apparat ladarba l-kapaċità tal-valanga tiegħu tinqabeż. Bħal kull dajowd tal-junction PN, l-iskrutinju tal-karatteristiċi dinamiċi tiegħu huwa pjuttost kumpless. Huma differenti ħafna mill-kunċett sempliċi ta 'junction PN li tmexxi fid-direzzjoni 'l quddiem u timblokka fid-direzzjoni bil-maqlub. Meta l-kurrent jinżel malajr, id-dijodu jitlef il-kapaċità ta 'imblukkar tar-rivers tiegħu għal perjodu ta' żmien magħruf bħala l-ħin ta 'rkupru invers. hemm ukoll perjodu ta 'żmien meta l-junction PN hija meħtieġa li twettaq malajr u ma turix reżistenza baxxa ħafna. Ladarba jkun hemm injezzjoni 'l quddiem fid-dijodu f'MOSFET tal-qawwa, it-trasportaturi minoritarji injettati jżidu wkoll mal-kumplessità tal-MOSFET bħala apparat multitronic.

Il-kundizzjonijiet temporanji huma relatati mill-qrib mal-kundizzjonijiet tal-linja, u dan l-aspett għandu jingħata attenzjoni suffiċjenti fl-applikazzjoni. Huwa importanti li jkollok għarfien fil-fond tal-apparat sabiex tiffaċilita l-fehim u l-analiżi tal-problemi korrispondenti.