MOSFET pregled

Power MOSFET se također dijeli na tip spoja i tip izolirane kapije, ali se obično uglavnom odnosi na MOSFET tipa izolovanih vrata (metal Oxide Semiconductor FET), koji se naziva power MOSFET (Power MOSFET). Tranzistor sa efektom polja snage spoja se općenito naziva elektrostatički indukcijski tranzistor (Static Induction Transistor - SIT). Karakterizira ga napon kapije za kontrolu struje odvoda, pogonski krug je jednostavan, zahtijeva malu snagu pogona, brzu brzinu prebacivanja, visoku radnu frekvenciju, termička stabilnost je bolja odGTR, ali njegov trenutni kapacitet je mali, niskog napona, općenito se odnosi samo na snagu ne više od 10kW energetskih elektronskih uređaja.

1. Power MOSFET struktura i princip rada

Tipovi MOSFET-a snage: prema provodljivom kanalu mogu se podijeliti na P-kanalne i N-kanalne. Prema amplituda napona na kapiji se može podijeliti na; vrsta iscrpljenosti; kada je napon gejta nula kada je pol drejn-izvor između postojanja provodnog kanala, pojačan; za N (P) kanalni uređaj, napon kapije je veći od (manji od) nule prije postojanja provodnog kanala, MOSFET snage je uglavnom N-kanalni poboljšan.

1.1 SnagaMOSFETstrukturu　　

Interna struktura MOSFET-a snage i električni simboli; njegova provodljivost samo jedan nosilac polariteta (poli) uključen u provodljivost, je unipolarni tranzistor. Provodni mehanizam je isti kao i MOSFET male snage, ali struktura ima veliku razliku, MOSFET male snage je horizontalni provodni uređaj, MOSFET snage je većina vertikalne vodljive strukture, također poznat kao VMOSFET (Vertikalni MOSFET) , što uvelike poboljšava sposobnost MOSFET uređaja da izdrži napon i struju.

Prema razlikama u vertikalnoj vodljivoj strukturi, ali i podijeljen na upotrebu žljeba u obliku slova V za postizanje vertikalne provodljivosti VVMOSFET-a i ima vertikalnu provodljivu dvostruko difuznu MOSFET strukturu VDMOSFET-a (Vertical Double-diffusedMOSFET), ovaj rad se uglavnom razmatra kao primjer VDMOS uređaja.

Power MOSFET-ovi za višestruku integrisanu strukturu, kao što je Međunarodni ispravljač (International Rectifier) ​​HEXFET koji koristi heksagonalnu jedinicu; Siemens (Siemens) SIPMOSFET koristeći kvadratnu jedinicu; Motorola (Motorola) TMOS koji koristi pravougaonu jedinicu po rasporedu oblika "Pin".

1.2 Power MOSFET princip rada

Prekid: između polova drejn-izvor plus pozitivno napajanje, polovi gejt-izvora između napona su nula. p bazni region i N drift region formiran između PN spoja J1 obrnutog prednapona, nema protoka struje između polova drejn-izvor.

Provodljivost: Sa pozitivnim naponom UGS primijenjenom između terminala gejt-izvor, kapija je izolirana, tako da struja gejta ne teče. Međutim, pozitivni napon kapije će odgurnuti rupe u P-području ispod njega i privući oligone-elektrone u P-području na površinu P-područja ispod kapije kada je UGS veći od UT (napon uključivanja ili napon praga), koncentracija elektrona na površini P-područja ispod kapije će biti veća od koncentracije rupa, tako da P-tip poluvodič se preokrene u N-tip i postane obrnuti sloj, a obrnuti sloj formira N-kanal i čini da PN spoj J1 nestane, odvod i izvor provodljivi.

1.3 Osnovne karakteristike Power MOSFET-a

1.3.1 Statičke karakteristike.

Odnos između ID struje odvoda i napona UGS između izvora gejta naziva se prijenosna karakteristika MOSFET-a, ID je veći, odnos između ID-a i UGS-a je približno linearan, a nagib krive je definiran kao transkonduktivnost Gfs .

Drain volt-amper karakteristike (izlazne karakteristike) MOSFET-a: granično područje (odgovara graničnom području GTR-a); regija zasićenja (koja odgovara području pojačanja GTR-a); nezasićena regija (koja odgovara području zasićenja GTR-a). Snažni MOSFET radi u komutacijskom stanju, tj. prebacuje se naprijed-nazad između graničnog područja i područja nezasićenja. Snažni MOSFET ima parazitsku diodu između drejn-izvornih terminala, a uređaj provodi kada se obrnuti napon primjenjuje između drejn-izvornih terminala. Otpor u uključenom stanju energetskog MOSFET-a ima pozitivan temperaturni koeficijent, koji je povoljan za izjednačavanje struje kada su uređaji povezani paralelno.

1.3.2 Dinamička karakterizacija;

njegov testni krug i valne oblike procesa prebacivanja.

Proces uključivanja; vrijeme kašnjenja uključivanja td(on) - vremenski period između trenutka naprijed i trenutka kada uGS = UT i iD počinje da se pojavljuje; vrijeme porasta tr- vremenski period kada uGS raste od uT do napona gejta UGSP u kojem MOSFET ulazi u nezasićeno područje; stabilna vrijednost iD određena je naponom napajanja odvoda, UE, i odvodom. Veličina UGSP je povezana sa vrijednošću stabilnog stanja iD. Nakon što UGS dostigne UGSP, nastavlja da raste pod djelovanjem up sve dok ne dostigne stabilno stanje, ali iD je nepromijenjen. Vrijeme uključivanja ton-Zbroj vremena kašnjenja uključivanja i vremena porasta.

Vrijeme kašnjenja isključenja td(off) - Vremenski period kada iD počinje da se smanjuje na nulu od vremena naviše pada na nulu, Cin se ispušta kroz Rs i RG, a uGS pada na UGSP prema eksponencijalnoj krivulji.

Vreme pada tf- Vremenski period od kada uGS nastavlja da pada od UGSP i iD se smanjuje sve dok kanal ne nestane na uGS < UT i ID padne na nulu. Vrijeme isključivanja toff- Zbir vremena kašnjenja isključivanja i vremena pada.

1.3.3 Brzina prebacivanja MOSFET-a.

Brzina prebacivanja MOSFET-a i Cin punjenje i pražnjenje ima odličan odnos, korisnik ne može smanjiti Cin, ali može smanjiti unutrašnji otpor pogonskog kruga Rs da smanji vremensku konstantu, da ubrza brzinu prebacivanja, MOSFET se oslanja samo na politronsku provodljivost, nema oligotronskog efekta skladištenja, pa je samim tim proces gašenja veoma brz, vreme prebacivanja od 10-100ns, radna frekvencija može biti do 100kHz ili više, najviši je od glavnih energetskih elektronskih uređaja.

Uređaji koji se kontroliraju na terenu ne zahtijevaju gotovo nikakvu ulaznu struju u mirovanju. Međutim, tokom procesa prebacivanja, ulazni kondenzator treba da se napuni i isprazni, što i dalje zahteva određenu količinu pogonske snage. Što je veća frekvencija prebacivanja, potrebna je veća snaga pogona.

1.4 Dinamičko poboljšanje performansi

Pored aplikacije uređaja potrebno je uzeti u obzir napon, struju, frekvenciju uređaja, ali i savladati u primjeni kako zaštititi uređaj, a ne napraviti uređaj u prolaznim promjenama oštećenja. Naravno, tiristor je kombinacija dva bipolarna tranzistora, zajedno sa velikim kapacitetom zbog velike površine, tako da je njegova dv/dt sposobnost ranjivija. Za di/dt takođe ima problem proširene oblasti provodljivosti, tako da takođe nameće prilično ozbiljna ograničenja.

Slučaj MOSFET-a snage je sasvim drugačiji. Njegova dv/dt i di/dt sposobnost se često procjenjuje u smislu sposobnosti po nanosekundi (a ne po mikrosekundi). Ali uprkos tome, ima ograničenja dinamičkih performansi. Ovo se može shvatiti u smislu osnovne strukture MOSFET-a snage.

Struktura energetskog MOSFET-a i njegovog odgovarajućeg ekvivalentnog kola. Osim kapacitivnosti u gotovo svakom dijelu uređaja, mora se uzeti u obzir da MOSFET ima diodu spojenu paralelno. Sa određene tačke gledišta, postoji i parazitski tranzistor. (Baš kao što IGBT ima i parazitski tiristor). Ovo su važni faktori u proučavanju dinamičkog ponašanja MOSFET-a.

Prije svega, intrinzična dioda spojena na MOSFET strukturu ima neku lavinu sposobnost. Ovo se obično izražava u smislu sposobnosti pojedinačne lavine i sposobnosti ponavljanja lavine. Kada je obrnuti di/dt veliki, dioda je podvrgnuta vrlo brzom pulsnom skoku, koji ima potencijal da uđe u područje lavine i potencijalno ošteti uređaj kada se prekorači njegova sposobnost lavine. Kao i kod bilo koje PN spojne diode, ispitivanje njenih dinamičkih karakteristika je prilično složeno. Oni se vrlo razlikuju od jednostavnog koncepta PN spoja koji provodi u smjeru naprijed i blokira u obrnutom smjeru. Kada struja brzo opadne, dioda gubi svoju sposobnost blokiranja obrnutog puta na vremenski period poznat kao vrijeme povratnog oporavka. postoji i vremenski period kada je potrebno da PN spoj brzo provodi i ne pokazuje vrlo mali otpor. Kada dođe do ubrizgavanja naprijed u diodu u MOSFET-u snage, ubrizgani manjinski nosioci također doprinose složenosti MOSFET-a kao multitronic uređaja.

Prelazni uslovi su usko povezani sa linijskim uslovima, i ovom aspektu treba posvetiti dovoljno pažnje u aplikaciji. Važno je imati dubinsko poznavanje uređaja kako bi se olakšalo razumijevanje i analiza odgovarajućih problema.