MOSFETi ülevaade

Võimsus-MOSFET jaguneb ka ristmikutüübiks ja isoleeritud värava tüübiks, kuid tavaliselt viitab see peamiselt isoleeritud väravatüübile MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), mida nimetatakse toite-MOSFETiks (Power MOSFET). Ristmiktüüpi jõuväljatransistori nimetatakse üldiselt elektrostaatiliseks induktsioonitransistoriks (Static Induction Transistor – SIT). Seda iseloomustab äravooluvoolu juhtimiseks mõeldud paisupinge, ajamiahel on lihtne, vajab vähe ajamivõimsust, kiire lülituskiirus, kõrge töösagedus, termiline stabiilsus on parem kuiGTR, kuid selle vooluvõimsus on väike, madalpinge, kehtib üldiselt ainult kuni 10 kW elektriseadmete võimsusele.

1. Power MOSFET struktuur ja tööpõhimõte

Võimsus MOSFET-tüübid: juhtiva kanali järgi saab jagada P-kanaliks ja N-kanaliks. Vastavalt värava pinge amplituudi saab jagada; ammendumise tüüp; kui paisu pinge on null kui äravoolu-allika poolus vahel olemasolu juhtiv kanal, tõhustatud; N (P) kanaliga seadme puhul on paisu pinge suurem kui (vähem kui) null enne juhtiva kanali olemasolu, MOSFET võimsus on peamiselt N-kanaliga suurendatud.

1.1 VõimsusMOSFETstruktuur　　

Power MOSFET sisemine struktuur ja elektrilised sümbolid; selle juhtivus ainult üks polaarsuskandja (polüs) osaleb juhtivas, on unipolaarne transistor. Juhtmehhanism on sama, mis väikese võimsusega MOSFET, kuid struktuuril on suur erinevus, väikese võimsusega MOSFET on horisontaalne juhtiv seade, võimsus MOSFET on suurem osa vertikaalsest juhtivast struktuurist, tuntud ka kui VMOSFET (vertikaalne MOSFET) , mis parandab oluliselt MOSFET-seadme pinge- ja voolutaluvust.

Vastavalt vertikaalse juhtiva struktuuri erinevustele, kuid jagatud ka V-kujulise soone kasutamisele VVMOSFET-i vertikaalse juhtivuse saavutamiseks ja sellel on VDMOSFET-i vertikaalne juhtiv kahekordse hajutusega MOSFET-struktuur (vertikaalne topelthajutatudMOSFET), käsitletakse seda artiklit peamiselt VDMOS-seadmete näitena.

Toite-MOSFET-id mitme integreeritud struktuuri jaoks, näiteks rahvusvahelise alaldi (rahvusvahelise alaldi) HEXFET-i jaoks, kasutades kuusnurkset seadet; Siemens (Siemens) SIPMOSFET, kasutades ruutühikut; Motorola (Motorola) TMOS, mis kasutab ristkülikukujulist seadet "Pin" kujuga paigutusega.

1.2 Power MOSFET tööpõhimõte

Väljalülitus: äravooluallika pooluste ja positiivse toiteallika vahel on pinge vahelised paisuallika poolused null. p baaspiirkond ja N triivipiirkond, mis on moodustatud PN-siirde J1 pöördpinge vahel, äravooluallika pooluste vahel voolu ei toimu.

Juhtivus: kui paisuallika klemmide vahele rakendatakse positiivset pinget UGS, on värav isoleeritud, nii et paisuvool ei voola. Värava positiivne pinge tõukab aga eemale selle all oleva P-piirkonna augud ja tõmbab P-piirkonnas olevad oligondid-elektronid värava all oleva P-piirkonna pinnale, kui UGS on suurem kui UT (turn-on voltage või lävipinge), on elektronide kontsentratsioon värava all oleva P-piirkonna pinnal suurem kui aukude kontsentratsioon, nii et P-tüüpi pooljuht pööratakse ümber N-tüüpi ja muutub ümberpööratud kihiks ning ümberpööratud kiht moodustab N-kanali ja muudab PN-siirde J1 kaob, äravoolu ja allika juhtivaks.

1.3 Power MOSFETide põhiomadused

1.3.1 Staatilised karakteristikud.

Suhet äravoolu voolu ID ja paisuallika vahel oleva pinge UGS vahel nimetatakse MOSFETi ülekandekarakteristikuks, ID on suurem, ID ja UGS vaheline seos on ligikaudu lineaarne ning kõvera kalle on määratletud kui transjuhtivus Gfs. .

MOSFETi äravoolu volt-ampri karakteristikud (väljundkarakteristikud): katkestuspiirkond (vastab GTR-i katkestuspiirkonnale); küllastuspiirkond (vastab GTR amplifikatsioonipiirkonnale); mitteküllastuspiirkond (vastab GTR küllastuspiirkonnale). Toite-MOSFET töötab lülitusolekus, st lülitub edasi-tagasi väljalülituspiirkonna ja mitteküllastuspiirkonna vahel. Toiteallika MOSFET-il on äravooluallika klemmide vahel parasiitdiood ja seade juhib, kui äravooluallika klemmide vahele on rakendatud vastupidine pinge. Toite-MOSFET-i sisselülitatud takistusel on positiivne temperatuuritegur, mis on soodne voolu võrdsustamiseks, kui seadmed on paralleelselt ühendatud.

1.3.2 Dünaamiline iseloomustus;

selle katseahela ja lülitusprotsessi lainekujud.

sisselülitamise protsess; sisselülitamise viivitusaeg td(on) - ajavahemik ettevõtmise hetke ja uGS = UT ja iD ilmumise hetke vahel; tõusuaeg tr- ajavahemik, mil uGS tõuseb uT-st kuni paisupingeni UGSP, mille juures MOSFET siseneb küllastumata piirkonda; iD püsiseisundi väärtuse määravad äravoolu toitepinge UE ja äravoolu UGSP suurus on seotud iD püsiseisundi väärtusega. Pärast seda, kui UGS jõuab UGSP-ni, jätkab see tõusu kuni toimel kuni, kuni saavutab püsioleku, kuid iD ei muutu. Sisselülitusaeg tonni – sisselülitamise viivitusaja ja tõusuaja summa.

Väljalülituse viivitusaeg td(väljas) – Ajavahemik, mil iD hakkab vähenema nullini ajast, mil aeg üles langeb nullini, Cin tühjendatakse läbi Rs ja RG ning uGS langeb eksponentsiaalkõvera järgi UGSP-le.

Langemisaeg tf- Ajavahemik, millest alates uGS jätkab UGSP-lt ja iD-lt langemist, väheneb, kuni kanal kaob, kui uGS < UT ja ID langeb nulli. Turn-off time toff- väljalülitamise viivitusaja ja langemisaja summa.

1.3.3 MOSFET-i lülituskiirus.

MOSFET-i lülituskiirusel ja Cin-i laadimisel ja tühjendamisel on suurepärane suhe, kasutaja ei saa Cin-i vähendada, kuid saab ajakonstandi vähendamiseks, lülituskiiruse kiirendamiseks, ajakonstandi vähendamiseks vähendada juhtimisahela sisemist takistust Rs, MOSFET tugineb ainult polütroonilisele juhtivusele, ei ole oligotroonset salvestusefekti ja seega on väljalülitusprotsess väga kiire, lülitusaeg 10-100 n, töösagedus võib olla kuni 100 kHz või rohkem, on peamistest elektroonikaseadmetest kõrgeim.

Väljajuhitavad seadmed puhkeolekus peaaegu ei vaja sisendvoolu. Lülitusprotsessi ajal tuleb aga sisendkondensaatorit laadida ja tühjendada, mis nõuab siiski teatud võimsust. Mida kõrgem on lülitussagedus, seda suurem on ajami vajalik võimsus.

1.4 Dünaamiline jõudluse parandamine

Lisaks seadme rakendusele tuleb kaaluda seadme pinget, voolu, sagedust, vaid ka kapten rakenduses, kuidas seadet kaitsta, mitte teha seadet kahjustuste mööduvates muutustes. Muidugi on türistor kombinatsioon kahest bipolaarsest transistorist, mis on ühendatud suure mahtuvusega suure pindala tõttu, nii et selle dv/dt võime on haavatavam. Di/dt puhul on sellel ka laiendatud juhtivuspiirkonna probleem, seega seab see ka üsna tõsiseid piiranguid.

Võimsus-MOSFET-i juhtum on üsna erinev. Selle dv/dt ja di/dt võimekust hinnatakse sageli suutlikkusena nanosekundi (mitte mikrosekundi) kohta. Kuid vaatamata sellele on sellel dünaamilised jõudluspiirangud. Neid saab mõista toiteallika MOSFET-i põhistruktuuri kaudu.

Võimsus-MOSFET-i struktuur ja sellele vastav ekvivalentskeem. Lisaks mahtuvusele peaaegu igas seadme osas tuleb arvestada, et MOSFET-il on paralleelselt ühendatud diood. Teatud vaatenurgast on ka parasiittransistor. (Nii nagu IGBT-l on ka parasiittüristor). Need on olulised tegurid MOSFETide dünaamilise käitumise uurimisel.

Esiteks on MOSFET-struktuuri külge kinnitatud sisemisel dioodil teatav laviinivõime. Seda väljendatakse tavaliselt ühe laviini võime ja korduva laviini võimena. Kui vastupidine di/dt on suur, mõjutab diood väga kiiret impulssi, mis võib siseneda laviinipiirkonda ja kahjustada seadet, kui selle laviinivõime ületatakse. Nagu iga PN-siirde dioodi puhul, on selle dünaamiliste omaduste uurimine üsna keeruline. Need erinevad väga lihtsast PN-ristmiku kontseptsioonist, mis juhib ettepoole ja blokeerib vastupidises suunas. Kui vool langeb kiiresti, kaotab diood oma vastupidise blokeerimisvõime perioodiks, mida nimetatakse vastupidiseks taastumisajaks. on ka ajavahemik, mil PN-siirde peab töötama kiiresti ja ei näita väga madalat takistust. Kui võimsusega MOSFET-i dioodile on ettepoole süstitud, suurendavad sisestatud vähemuskandjad MOSFETi kui multitroonilise seadme keerukust.

Mööduvad tingimused on tihedalt seotud liinitingimustega ja sellele aspektile tuleks rakenduses piisavalt tähelepanu pöörata. Oluline on seadme süvendatud tundmine, et hõlbustada vastavate probleemide mõistmist ja analüüsimist.