Pasqyra e MOSFET

Power MOSFET ndahet gjithashtu në llojin e kryqëzimit dhe llojit të portës së izoluar, por zakonisht i referohet kryesisht llojit të portës së izoluar MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), i referuar si MOSFET i fuqisë (MOSFET Fuqia). Tranzistori me efekt të fushës së fuqisë së llojit të kryqëzimit në përgjithësi quhet transistor me induksion elektrostatik (Tranzistor me induksion statik - SIT). Karakterizohet nga tensioni i portës për të kontrolluar rrymën e shkarkimit, qarku i drejtimit është i thjeshtë, kërkon pak fuqi të makinës, shpejtësi të shpejtë të ndërrimit, frekuencë të lartë funksionimi, stabiliteti termik është më i mirë seGTR, por kapaciteti aktual i tij është i vogël, me tension të ulët, në përgjithësi vlen vetëm për fuqinë jo më shumë se 10 kW të pajisjeve elektronike të fuqisë.

1. Struktura dhe parimi i funksionimit të MOSFET-it të fuqisë

Llojet e MOSFET-it të fuqisë: sipas kanalit përçues mund të ndahen në kanal P dhe N-kanal. Sipas portës, amplituda e tensionit mund të ndahet në; lloji i varfërimit; kur voltazhi i portës është zero kur pol kullimi-burim ndërmjet ekzistencës së një kanali përcjellës, të zgjeruara; për pajisjen e kanalit N (P), voltazhi i portës është më i madh se (më pak se) zero para ekzistencës së një kanali përcjellës, fuqia MOSFET është kryesisht e përmirësuar me kanal N.

1.1 FuqiaMOSFETstrukturën　　

Power MOSFET struktura e brendshme dhe simbolet elektrike; përçueshmëria e saj vetëm një bartës polariteti (polys) i përfshirë në përcjellës, është një transistor unipolar. Mekanizmi përçues është i njëjtë me MOSFET me fuqi të ulët, por struktura ka një ndryshim të madh, MOSFET me fuqi të ulët është një pajisje përçuese horizontale, fuqia MOSFET shumica e strukturës përçuese vertikale, e njohur edhe si VMOSFET (MOSFET vertikale) , e cila përmirëson shumë aftësinë e rezistencës së tensionit dhe rrymës së pajisjes MOSFET.

Sipas ndryshimeve në strukturën përçuese vertikale, por gjithashtu ndahet në përdorimin e zakonit në formë V për të arritur përçueshmëri vertikale të VVMOSFET dhe ka një strukturë vertikale përçuese të dyfishtë të përhapur MOSFET të VDMOSFET (Vertical Double-diffusedMOSFET), ky punim diskutohet kryesisht si shembull i pajisjeve VDMOS.

MOSFET me fuqi për struktura të integruara të shumëfishta, të tilla si ndreqësi ndërkombëtar (ndreqësi ndërkombëtar) HEXFET duke përdorur një njësi gjashtëkëndore; Siemens (Siemens) SIPMOSFET duke përdorur një njësi katrore; Motorola (Motorola) TMOS duke përdorur një njësi drejtkëndore nga rregullimi i formës "Pin".

1.2 Parimi i funksionimit të MOSFET-it të fuqisë

Ndërprerja: midis poleve të burimit të shkarkimit plus furnizimit pozitiv me energji elektrike, polet e burimit të portës midis tensionit është zero. P rajoni bazë dhe rajoni N drift i formuar midis animit të kundërt të kryqëzimit PN J1, nuk ka rrjedhje rryme midis poleve të burimit të kullimit.

Përçueshmëria: Me një UGS të tensionit pozitiv të aplikuar midis terminaleve të burimit të portës, porta është e izoluar, kështu që nuk rrjedh rrymë e portës. Sidoqoftë, voltazhi pozitiv i portës do të largojë vrimat në rajonin P poshtë tij dhe do të tërheqë oligonet-elektronet në rajonin P në sipërfaqen e rajonit P poshtë portës kur UGS është më i madh se UT (tensioni i ndezjes ose tensioni i pragut), përqendrimi i elektroneve në sipërfaqen e rajonit P nën portë do të jetë më shumë se përqendrimi i vrimave, në mënyrë që gjysmëpërçuesi i tipit P përmbyset në një tip N dhe bëhet një shtresë e përmbysur, dhe shtresa e përmbysur formon një kanal N dhe bën që kryqëzimi PN J1 të zhduket, kullimi dhe burimi të përçojnë.

1.3 Karakteristikat themelore të MOSFET-ve të fuqisë

1.3.1 Karakteristikat statike.

Marrëdhënia midis ID-së së rrymës së kullimit dhe tensionit UGS midis burimit të portës quhet karakteristikë e transferimit të MOSFET, ID është më e madhe, marrëdhënia midis ID dhe UGS është afërsisht lineare dhe pjerrësia e kurbës përcaktohet si transpërçueshmëria Gfs .

Karakteristikat e volt-amperit të shkarkimit (karakteristikat e daljes) të MOSFET: rajoni i ndërprerjes (që korrespondon me rajonin e ndërprerjes së GTR); rajoni i ngopjes (që korrespondon me rajonin e amplifikimit të GTR); rajoni jo-ngopje (që korrespondon me rajonin e ngopjes së GTR). Fuqia MOSFET funksionon në gjendjen e ndërrimit, dmth., kalon përpara dhe mbrapa midis rajonit të ndërprerjes dhe rajonit jo të ngopjes. MOSFET i fuqisë ka një diodë parazitare midis terminaleve të burimit të shkarkimit dhe pajisja përçohet kur aplikohet një tension i kundërt midis terminaleve të burimit të shkarkimit. Rezistenca në gjendje e fuqisë MOSFET ka një koeficient pozitiv të temperaturës, i cili është i favorshëm për barazimin e rrymës kur pajisjet janë të lidhura paralelisht.

1.3.2 Karakterizimi Dinamik;

qarku i tij i testimit dhe format valore të procesit komutues.

Procesi i ndezjes; koha e vonesës së ndezjes td(on) - periudha kohore midis momentit të fillimit dhe momentit kur uGS = UT dhe iD fillon të shfaqet; koha e rritjes tr- periudha kohore kur uGS rritet nga uT në tensionin e portës UGSP në të cilën MOSFET hyn në rajonin jo të ngopur; vlera e gjendjes së qëndrueshme të iD përcaktohet nga tensioni i furnizimit të kullimit, UE, dhe kullimi. Madhësia e UGSP është e lidhur me vlerën e gjendjes së qëndrueshme të iD. Pasi UGS arrin UGSP, ai vazhdon të rritet nën veprimin e deri sa të arrijë gjendjen e qëndrueshme, por ID-ja është e pandryshuar. Koha e ndezjes ton-Shuma e kohës së vonesës së ndezjes dhe kohës së ngritjes.

Koha e vonesës së çaktivizimit td(off) -Periudha kohore kur ID fillon të ulet në zero nga koha deri në zero, Cin shkarkohet përmes Rs dhe RG dhe uGS bie në UGSP sipas një lakore eksponenciale.

Koha e rënies tf- Periudha kohore nga kur uGS vazhdon të bjerë nga UGSP dhe ID zvogëlohet derisa kanali të zhduket në uGS < UT dhe ID bie në zero. Koha e fikjes fikje- Shuma e kohës së vonesës së fikjes dhe kohës së rënies.

1.3.3 Shpejtësia e ndërrimit të MOSFET.

Shpejtësia e ndërrimit të MOSFET dhe ngarkimi dhe shkarkimi i Cin ka një marrëdhënie të shkëlqyeshme, përdoruesi nuk mund të zvogëlojë Cin, por mund të zvogëlojë rezistencën e brendshme të qarkut të drejtimit Rs për të zvogëluar konstantën e kohës, për të shpejtuar shpejtësinë e kalimit, MOSFET mbështetet vetëm në përçueshmërinë politronike, nuk ka asnjë efekt ruajtjeje oligotronik, dhe kështu procesi i mbylljes është shumë i shpejtë, koha e ndërrimit prej 10-100 ns, frekuenca e funksionimit mund të jetë deri në 100 kHz ose më shumë, është më i larti nga pajisjet elektronike të fuqisë kryesore.

Pajisjet e kontrolluara në terren nuk kërkojnë pothuajse asnjë rrymë hyrëse në qetësi. Sidoqoftë, gjatë procesit të ndërrimit, kondensatori i hyrjes duhet të ngarkohet dhe shkarkohet, gjë që kërkon ende një sasi të caktuar të fuqisë lëvizëse. Sa më e lartë të jetë frekuenca e ndërrimit, aq më e madhe është fuqia e nevojshme e makinës.

1.4 Përmirësimi dinamik i performancës

Përveç aplikimit të pajisjes për të marrë parasysh tensionin e pajisjes, rrymën, frekuencën, por gjithashtu duhet të zotëroni në aplikimin se si të mbroni pajisjen, për të mos bërë pajisjen në ndryshimet kalimtare në dëmtim. Sigurisht që tiristori është një kombinim i dy transistorëve bipolarë, të shoqëruar me një kapacitet të madh për shkak të zonës së madhe, kështu që aftësia e tij dv/dt është më e cenueshme. Për di/dt ai gjithashtu ka një problem të zgjeruar të rajonit të përcjellshmërisë, kështu që imponon gjithashtu kufizime mjaft të rënda.

Rasti i MOSFET-it të fuqisë është krejt i ndryshëm. Aftësia e tij dv/dt dhe di/dt vlerësohet shpesh në terma të aftësisë për nanosekondër (në vend se për mikrosekondë). Por pavarësisht kësaj, ai ka kufizime dinamike të performancës. Këto mund të kuptohen në termat e strukturës bazë të një MOSFET-i me fuqi.

Struktura e një MOSFET-i me fuqi dhe qarku ekuivalent i tij përkatës. Përveç kapacitetit në pothuajse çdo pjesë të pajisjes, duhet të kihet parasysh se MOSFET ka një diodë të lidhur paralelisht. Nga një këndvështrim i caktuar, ekziston edhe një tranzistor parazitar. (Ashtu si një IGBT ka edhe një tiristor parazitar). Këta janë faktorë të rëndësishëm në studimin e sjelljes dinamike të MOSFET.

Para së gjithash, dioda e brendshme e bashkangjitur në strukturën MOSFET ka disa aftësi orteku. Kjo zakonisht shprehet në terma të aftësisë së një orteku të vetëm dhe aftësisë së ortekëve të përsëritur. Kur di/dt i kundërt është i madh, dioda i nënshtrohet një goditjeje shumë të shpejtë të pulsit, e cila ka potencialin të hyjë në rajonin e ortekëve dhe të dëmtojë potencialisht pajisjen pasi të tejkalohet aftësia e saj për ortek. Ashtu si me çdo diodë të kryqëzimit PN, shqyrtimi i karakteristikave të saj dinamike është mjaft kompleks. Ato janë shumë të ndryshme nga koncepti i thjeshtë i një kryqëzimi PN që kryen në drejtimin përpara dhe bllokon në drejtimin e kundërt. Kur rryma bie me shpejtësi, dioda humbet aftësinë e saj të bllokimit të kundërt për një periudhë kohe të njohur si koha e rikuperimit të kundërt. ekziston gjithashtu një periudhë kohore kur kryqëzimi PN kërkohet të përçohet me shpejtësi dhe nuk tregon një rezistencë shumë të ulët. Pasi të ketë injeksion përpara në diodë në një MOSFET me fuqi, transportuesit e pakicave të injektuara gjithashtu shtojnë kompleksitetin e MOSFET-it si një pajisje multitronike.

Kushtet kalimtare janë të lidhura ngushtë me kushtet e linjës dhe këtij aspekti duhet t'i kushtohet vëmendje e mjaftueshme në aplikim. Është e rëndësishme që të keni një njohuri të thellë të pajisjes për të lehtësuar kuptimin dhe analizën e problemeve përkatëse.