Prezentare generală MOSFET

MOSFET de putere este, de asemenea, împărțit în tip de joncțiune și tip de poartă izolată, dar de obicei se referă în principal la tipul de poartă izolată MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), denumit MOSFET de putere (MOSFET de putere). Tranzistorul cu efect de câmp de putere de tip joncțiune este denumit în general tranzistor cu inducție electrostatică (Static Induction Transistor - SIT). Se caracterizează prin tensiunea de poartă pentru a controla curentul de scurgere, circuitul de antrenare este simplu, necesită putere redusă de antrenare, viteză de comutare rapidă, frecvență mare de operare, stabilitatea termică este mai bună decâtGTR, dar capacitatea sa de curent este mică, de joasă tensiune, în general, se aplică numai pentru o putere de cel mult 10 kW de dispozitive electronice de putere.

1. Structura MOSFET de putere și principiul de funcționare

Tipuri de MOSFET de putere: în funcție de canalul conductiv, pot fi împărțite în canal P și canal N. În funcție de amplitudinea tensiunii de poartă poate fi împărțită în; tipul de epuizare; când tensiunea de poartă este zero când polul dren-sursă între existența unui canal conducător, sporit; pentru dispozitivul cu canale N (P), tensiunea porții este mai mare decât (mai mică decât) zero înainte de existența unui canal conducător, MOSFET-ul de putere este în principal îmbunătățit cu N-canal.

1.1 PutereMOSFETstructura　　

Structura internă MOSFET de putere și simboluri electrice; conducția sa doar un purtător de polaritate (poli) implicat în conductiv, este un tranzistor unipolar. Mecanismul de conducere este același cu MOSFET-ul de putere scăzută, dar structura are o diferență mare, MOSFET-ul de putere scăzută este un dispozitiv conductor orizontal, MOSFET-ul de putere cea mai mare parte a structurii conductoare verticale, cunoscut și sub numele de VMOSFET (MOSFET vertical) , care îmbunătățește considerabil tensiunea dispozitivului MOSFET și capacitatea de rezistență la curent.

În funcție de diferențele dintre structura conductivă verticală, dar, de asemenea, împărțită în utilizarea canelurii în formă de V pentru a obține conductivitate verticală a VVMOSFET și are o structură MOSFET conductivă verticală dublu difuză a VDMOSFET (Vertical Double-diffusedMOSFET), această lucrare este discutată în principal ca exemplu de dispozitive VDMOS.

MOSFET-uri de putere pentru mai multe structuri integrate, cum ar fi International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET folosind o unitate hexagonală; Siemens (Siemens) SIPMOSFET folosind o unitate pătrată; Motorola (Motorola) TMOS folosind o unitate dreptunghiulară prin aranjamentul formei „Pin”.

1.2 Principiul de funcționare MOSFET de putere

Întreruperea: între polii sursei de scurgere plus sursa de alimentare pozitivă, polii sursei de poartă dintre tensiune este zero. Regiunea de bază p și regiunea de derivă N formată între polarizarea inversă a joncțiunii PN J1, fără flux de curent între polii dren-sursă.

Conductivitate: Cu o tensiune pozitivă UGS aplicată între bornele poarta-sursă, poarta este izolată, astfel încât nici un curent de poartă nu curge. Cu toate acestea, tensiunea pozitivă a porții va împinge găurile din regiunea P de sub ea și va atrage electronii-oligoni din regiunea P la suprafața regiunii P de sub poartă atunci când UGS este mai mare decât UT (tensiune de pornire sau tensiune de prag), concentrația de electroni pe suprafața regiunii P de sub poartă va fi mai mare decât concentrația de găuri, astfel încât semiconductorul de tip P inversat într-un tip N și devine un strat inversat, iar stratul inversat formează un canal N și face ca joncțiunea PN J1 să dispară, să se scurgă și să conducă sursa.

1.3 Caracteristicile de bază ale MOSFET-urilor de putere

1.3.1 Caracteristici statice.

Relația dintre curentul de scurgere ID și tensiunea UGS dintre sursa de poartă se numește caracteristica de transfer a MOSFET, ID este mai mare, relația dintre ID și UGS este aproximativ liniară, iar panta curbei este definită ca transconductanța Gfs. .

Caracteristicile volt-amperi de drenaj (caracteristicile de ieșire) ale MOSFET-ului: regiune cutoff (corespunzătoare regiunii cutoff a GTR); regiunea de saturație (corespunzătoare regiunii de amplificare a GTR); regiune de nesaturație (corespunzătoare regiunii de saturație a GTR). MOSFET-ul de putere funcționează în starea de comutare, adică comută înainte și înapoi între regiunea de tăiere și regiunea de nesaturație. MOSFET-ul de putere are o diodă parazită între bornele sursei de scurgere, iar dispozitivul conduce atunci când se aplică o tensiune inversă între bornele sursei de scurgere. Rezistența de stare a MOSFET-ului de putere are un coeficient de temperatură pozitiv, care este favorabil pentru egalizarea curentului atunci când dispozitivele sunt conectate în paralel.

1.3.2 Caracterizare dinamică;

circuitul său de testare și formele de undă ale procesului de comutare.

Procesul de pornire; timp de întârziere la pornire td(on) - intervalul de timp dintre momentul în față și momentul în care începe să apară uGS = UT și iD; timp de creștere tr- perioada de timp în care uGS crește de la uT la tensiunea de poartă UGSP la care MOSFET intră în regiunea nesaturată; valoarea staționară a iD este determinată de tensiunea de alimentare a drenului, UE și de scurgere. Mărimea UGSP este legată de valoarea staționară a iD. După ce UGS ajunge la UGSP, acesta continuă să crească sub acțiunea până când ajunge la starea de echilibru, dar iD rămâne neschimbat. Timp de pornire tone - Suma timpului de întârziere la pornire și timpul de creștere.

Timp de întârziere la oprire td(off) - Perioada de timp în care iD începe să scadă la zero din momentul în care scade la zero, Cin este descărcat prin Rs și RG, iar uGS scade la UGSP conform unei curbe exponențiale.

Timp de scădere tf- Perioada de timp de când uGS continuă să scadă de la UGSP și iD scade până când canalul dispare la uGS < UT și ID scade la zero. Timp de oprire toff - Suma timpului de întârziere la oprire și timpul de cădere.

1.3.3 Viteza de comutare MOSFET.

Viteza de comutare MOSFET și încărcarea și descărcarea Cin au o relație excelentă, utilizatorul nu poate reduce Cin, dar poate reduce rezistența internă a circuitului de antrenare Rs pentru a reduce constanta de timp, pentru a accelera viteza de comutare, MOSFET se bazează doar pe conductivitatea politronică, nu există efect de stocare oligotronic și, prin urmare, procesul de oprire este foarte rapid, timpul de comutare de 10-100ns, frecvența de operare poate fi de până la 100kHz sau mai mult, este cea mai mare dintre dispozitivele electronice de putere principale.

Dispozitivele controlate de câmp nu necesită aproape niciun curent de intrare în repaus. Cu toate acestea, în timpul procesului de comutare, condensatorul de intrare trebuie să fie încărcat și descărcat, ceea ce necesită încă o anumită putere de antrenare. Cu cât frecvența de comutare este mai mare, cu atât este mai mare puterea de antrenare necesară.

1.4 Îmbunătățirea performanței dinamice

În plus față de aplicația dispozitiv să ia în considerare tensiunea dispozitivului, curent, frecvență, dar, de asemenea, trebuie să stăpânească în aplicarea modului de a proteja dispozitivul, nu pentru a face dispozitivul în modificări tranzitorii în deteriorarea. Desigur, tiristorul este o combinație de două tranzistoare bipolare, cuplate cu o capacitate mare datorită suprafeței mari, astfel încât capacitatea sa dv/dt este mai vulnerabilă. Pentru di/dt are și o problemă de regiune de conducție extinsă, deci impune și limitări destul de severe.

Cazul MOSFET-ului de putere este destul de diferit. Capacitatea sa dv/dt și di/dt este adesea estimată în termeni de capacitate pe nanosecundă (mai degrabă decât pe microsecundă). Dar, în ciuda acestui fapt, are limitări dinamice de performanță. Acestea pot fi înțelese în termenii structurii de bază a unui MOSFET de putere.

Structura unui MOSFET de putere și circuitul său echivalent corespunzător. Pe lângă capacitatea din aproape fiecare parte a dispozitivului, trebuie luat în considerare faptul că MOSFET-ul are o diodă conectată în paralel. Dintr-un anumit punct de vedere, există și un tranzistor parazit. (Așa cum un IGBT are și un tiristor parazit). Aceștia sunt factori importanți în studiul comportamentului dinamic al MOSFET-urilor.

În primul rând, dioda intrinsecă atașată structurii MOSFET are o anumită capacitate de avalanșă. Acest lucru este de obicei exprimat în termeni de capacitate de avalanșă unică și capacitatea de avalanșă repetitivă. Când inversul di/dt este mare, dioda este supusă unui impuls foarte rapid, care are potențialul de a intra în regiunea de avalanșă și poate deteriora dispozitivul odată ce capacitatea sa de avalanșă este depășită. Ca și în cazul oricărei diode de joncțiune PN, examinarea caracteristicilor sale dinamice este destul de complexă. Ele sunt foarte diferite de conceptul simplu al unei joncțiuni PN care conduce în direcția înainte și se blochează în direcția inversă. Când curentul scade rapid, dioda își pierde capacitatea de blocare inversă pentru o perioadă de timp cunoscută sub numele de timp de recuperare inversă. există, de asemenea, o perioadă de timp în care joncțiunea PN trebuie să conducă rapid și nu prezintă o rezistență foarte scăzută. Odată ce există injecția directă în diodă într-un MOSFET de putere, purtătorii minoritari injectați sporesc, de asemenea, complexitatea MOSFET-ului ca dispozitiv multitronic.

Condițiile tranzitorii sunt strâns legate de condițiile liniei, iar acestui aspect ar trebui să i se acorde suficientă atenție în aplicare. Este important să aveți o cunoaștere aprofundată a dispozitivului pentru a facilita înțelegerea și analiza problemelor corespunzătoare.