Power MOSFET jaetaan myös liitostyyppiin ja eristettyyn hilatyyppiin, mutta yleensä se viittaa pääasiassa eristettyyn hilatyyppiin MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), jota kutsutaan teho MOSFETiksi (Power MOSFET). Liitostyyppistä tehokenttätransistoria kutsutaan yleisesti elektrostaattiseksi induktiotransistoriksi (Static Induction Transistor - SIT). Sille on ominaista hilajännite ohjaamaan tyhjennysvirtaa, käyttöpiiri on yksinkertainen, vaatii vähän käyttötehoa, nopea kytkentänopeus, korkea toimintataajuus, lämpöstabiilisuus on parempi kuinGTR, mutta sen nykyinen kapasiteetti on pieni, matalajännite, koskee yleensä vain enintään 10 kW tehoelektroniikkalaitteiden tehoa.
1. Power MOSFET -rakenne ja toimintaperiaate
Teho-MOSFET-tyypit: johtavan kanavan mukaan voidaan jakaa P-kanavaan ja N-kanavaan. Mukaan portin jännitteen amplitudi voidaan jakaa; ehtymisen tyyppi; kun hilajännite on nolla, kun nielun lähdenapa johtavan kanavan olemassaolon välillä on parannettu; N (P) kanavalaitteelle hilajännite on suurempi kuin (pienempi kuin) nolla ennen johtavan kanavan olemassaoloa, teho MOSFET on pääasiassa N-kanavainen.
1.1 TehoMOSFETrakenne
Power MOSFET sisäinen rakenne ja sähköiset symbolit; sen johtuminen vain yksi polariteetti kantoaaltoja (polys) mukana johtavassa, on yksinapainen transistori. Johtomekanismi on sama kuin pienitehoinen MOSFET, mutta rakenteessa on suuri ero, pienitehoinen MOSFET on vaakasuora johtava laite, teho MOSFET suurin osa pystysuorasta johtavasta rakenteesta, joka tunnetaan myös nimellä VMOSFET (Vertical MOSFET) , mikä parantaa huomattavasti MOSFET-laitteen jännitteen ja virrankestävyyttä.
Erot pystysuorassa johtavassa rakenteessa, mutta myös jaettu V-muotoisen uran käyttöön VVMOSFETin pystysuoran johtavuuden saavuttamiseksi ja siinä on pystysuora johtava kaksoishajotettu MOSFET-rakenne VDMOSFET:ssä (Vertical Double-diffused).MOSFET), tätä artikkelia käsitellään pääasiassa esimerkkinä VDMOS-laitteista.
Teho-MOSFETit useille integroiduille rakenteille, kuten International Rectifier (International Rectifier) HEXFET käyttäen kuusikulmainen yksikkö; Siemens (Siemens) SIPMOSFET neliöyksikköä käyttäen; Motorola (Motorola) TMOS käyttämällä suorakaiteen muotoista yksikköä "Pin"-muotoisella järjestelyllä.
1.2 Power MOSFET -toimintaperiaate
Katkaisu: nielulähteen napojen plus positiivisen virtalähteen välillä jännitteen välissä olevat hilalähteen navat on nolla. p-kanta-alue ja N-ryömintäalue muodostettu PN-liitoksen J1 käänteisen biasin väliin, ei virtaa nielulähdenapojen välillä.
Johtavuus: Kun hilalähdeliittimien väliin on kytketty positiivinen jännite UGS, hila on eristetty, joten hilavirtaa ei kulje. Kuitenkin portin positiivinen jännite työntää pois sen alapuolella olevan P-alueen reiät ja houkuttelee P-alueen oligonit-elektroneja P-alueen pinnalle portin alapuolella, kun UGS on suurempi kuin UT (turn-on voltage tai kynnysjännite), elektronien pitoisuus P-alueen pinnalla portin alla on suurempi kuin reikien pitoisuus, joten P-tyyppinen puolijohde käännetään N-tyyppiseksi ja tulee käänteinen kerros, ja käänteinen kerros muodostaa N-kanavan ja tekee PN-liitoksen J1 katoaa, valua ja lähteen johtavaksi.
1.3 Power MOSFET:ien perusominaisuudet
1.3.1 Staattiset ominaisuudet.
Nieluvirran ID ja hilalähteen välisen jännitteen UGS välistä suhdetta kutsutaan MOSFETin siirtoominaiskäyräksi, ID on suurempi, ID:n ja UGS:n välinen suhde on suunnilleen lineaarinen ja käyrän kaltevuus määritellään transkonduktanssiksi Gfs. .
MOSFETin nielujännite-ampeeri-ominaisuudet (lähtöominaisuudet): katkaisualue (vastaa GTR:n katkaisualuetta); saturaatioalue (vastaa GTR:n vahvistusaluetta); ei-saturaatioalue (vastaa GTR:n saturaatioaluetta). Teho-MOSFET toimii kytkentätilassa, eli se vaihtaa edestakaisin katkaisualueen ja ei-saturaatioalueen välillä. Teho-MOSFETin nielulähdeliittimien välissä on loisdiodi, ja laite johtaa, kun nielulähdeliittimien väliin syötetään käänteinen jännite. Teho-MOSFETin on-state-resistanssilla on positiivinen lämpötilakerroin, joka on edullinen tasaamaan virtaa, kun laitteet kytketään rinnan.
1.3.2 Dynaaminen karakterisointi;
sen testipiirin ja kytkentäprosessin aaltomuodot.
Käynnistysprosessi; käynnistysviiveaika td(on) - aikajakso eturintaman hetken ja hetken välillä, jolloin uGS = UT ja iD alkavat ilmestyä; nousuaika tr- aikajakso, jolloin uGS nousee uT:stä hilajännitteeseen UGSP, jossa MOSFET tulee tyydyttymättömälle alueelle; iD:n vakaan tilan arvon määräävät nielun syöttöjännite, UE ja nielu. UGSP:n suuruus liittyy iD:n vakaan tilan arvoon. Kun UGS on saavuttanut UGSP:n, se jatkaa nousuaan up-toiminnan vaikutuksesta, kunnes se saavuttaa vakaan tilan, mutta iD ei muutu. Käynnistysaika ton-Käynnistysviiveen ja nousuajan summa.
Off-viiveaika td(off) -Aikajakso, jolloin iD alkaa laskea nollaan ajan laskemisesta nollaan, Cin puretaan Rs:n ja RG:n kautta ja uGS putoaa UGSP:hen eksponentiaalisen käyrän mukaisesti.
Putoamisaika tf- Aikajakso siitä, kun uGS jatkaa putoamista UGSP:stä ja iD:stä, pienenee, kunnes kanava katoaa, kun uGS < UT ja ID putoaa nollaan. Sammutusaika pois päältä- Sammutusviiveen ja laskuajan summa.
1.3.3 MOSFET-kytkentänopeus.
MOSFET-kytkentänopeudella ja Cin-latauksella ja -purkauksella on loistava suhde, käyttäjä ei voi vähentää Cin:iä, mutta voi vähentää ajopiirin sisäistä vastusta Rs vähentääkseen aikavakiota, nopeuttaakseen kytkentänopeutta, MOSFET luottaa vain polytronic-johtavuuteen, ei ole oligotronic-tallennusvaikutusta, joten sammutusprosessi on erittäin nopea, kytkentäaika 10-100 ns, toimintataajuus voi olla jopa 100 kHz tai enemmän, on korkein tärkeimmistä sähkölaitteista.
Kenttäohjatut laitteet eivät vaadi juuri lainkaan syöttövirtaa levossa. Kytkentäprosessin aikana tulokondensaattoria on kuitenkin ladattava ja purettava, mikä vaatii silti tietyn määrän käyttötehoa. Mitä korkeampi kytkentätaajuus, sitä suurempi käyttöteho tarvitaan.
1.4 Dynaaminen suorituskyvyn parantaminen
Lisäksi laitteen sovellus harkita laitteen jännite, virta, taajuus, mutta myös täytyy hallita sovelluksessa, miten suojata laitetta, ei tehdä laitteen ohimeneviä muutoksia vaurioita. Tietenkin tyristori on kahden bipolaarisen transistorin yhdistelmä, johon liittyy suuri kapasitanssi suuren alueen vuoksi, joten sen dv/dt-kyky on haavoittuvampi. Di/dt:lle sillä on myös laajennettu johtumisalueongelma, joten se asettaa myös melko vakavia rajoituksia.
Power MOSFETin tapaus on aivan erilainen. Sen dv/dt- ja di/dt-kyky arvioidaan usein kapasiteettina nanosekuntia kohden (mikrosekunnin sijaan). Mutta tästä huolimatta sillä on dynaamisia suorituskykyrajoituksia. Nämä voidaan ymmärtää teho-MOSFETin perusrakenteella.
Teho-MOSFETin ja sitä vastaavan vastaavan piirin rakenne. Laitteen lähes jokaisen osan kapasitanssin lisäksi on otettava huomioon, että MOSFETissä on rinnankytketty diodi. Tietystä näkökulmasta katsottuna on myös loistransistori. (Aivan kuten IGBT:ssä on myös loistyristori). Nämä ovat tärkeitä tekijöitä MOSFETien dynaamisen käyttäytymisen tutkimuksessa.
Ensinnäkin MOSFET-rakenteeseen kiinnitetyllä sisäisellä diodilla on jonkin verran lumivyörykykyä. Tämä ilmaistaan yleensä yksittäisten lumivyöryjen ja toistuvien lumivyöryjen kykynä. Kun käänteinen di/dt on suuri, diodi altistetaan erittäin nopealle pulssipiikkille, joka voi päästä lumivyöryalueelle ja mahdollisesti vahingoittaa laitetta, kun sen lumivyörykyky ylittyy. Kuten minkä tahansa PN-liitosdiodin kohdalla, sen dynaamisten ominaisuuksien tarkastelu on melko monimutkaista. Ne eroavat suuresti yksinkertaisesta PN-liitoksen konseptista, joka johtaa eteenpäin ja estää vastakkaisessa suunnassa. Kun virta putoaa nopeasti, diodi menettää käänteisen estokykynsä ajanjaksoksi, joka tunnetaan nimellä käänteinen palautumisaika. on myös ajanjakso, jolloin PN-liitoksen vaaditaan johtavan nopeasti, eikä sillä ole kovin pientä vastusta. Kun teho-MOSFETin diodiin injektoidaan eteenpäin, myös injektoidut vähemmistökantoaaltoja lisäävät MOSFETin monimutkaisuutta multitronic-laitteena.
Ohimenevät olosuhteet liittyvät läheisesti linjan olosuhteisiin, ja tähän seikkaan tulee kiinnittää riittävästi huomiota sovelluksessa. Laitteen syvällinen tuntemus on tärkeää vastaavien ongelmien ymmärtämisen ja analysoinnin helpottamiseksi.
Postitusaika: 18.4.2024
