Přehled MOSFETů

Výkonový MOSFET se také dělí na typ přechodový a typ s izolovanou bránou, ale obvykle se týká hlavně typu izolované brány MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), označovaný jako výkonový MOSFET (Power MOSFET). Tranzistor výkonového pole typu přechodu se obecně nazývá elektrostatický indukční tranzistor (Static Induction Transistor - SIT). Vyznačuje se hradlovým napětím pro řízení odtokového proudu, obvod pohonu je jednoduchý, vyžaduje malý výkon pohonu, vysoká rychlost spínání, vysoká provozní frekvence, tepelná stabilita je lepší nežGTR, ale jeho aktuální kapacita je malá, nízké napětí, obecně platí pouze pro výkon nejvýše 10 kW výkonových elektronických zařízení.

1. Struktura výkonového MOSFETu a princip fungování

Typy výkonových MOSFET: podle vodivého kanálu lze rozdělit na P-kanál a N-kanál. Podle brány lze amplitudu napětí rozdělit na; typ vyčerpání; když je hradlové napětí nulové, když pól kolektoru-zdroj mezi existencí vodivého kanálu, zesíleno; pro N (P) kanálové zařízení je hradlové napětí větší než (menší než) nula před existencí vodivého kanálu, výkonový MOSFET je hlavně zesílený N-kanálem.

1.1 VýkonMOSFETstruktura　　

Vnitřní struktura Power MOSFET a elektrické symboly; jeho vedení pouze jeden nosič polarity (polys) zapojený do vodivé, je unipolární tranzistor. Vodivý mechanismus je stejný jako nízkopříkonový MOSFET, ale struktura má velký rozdíl, nízkovýkonový MOSFET je horizontální vodivé zařízení, výkonový MOSFET většinu vertikální vodivé struktury, také známý jako VMOSFET (Vertical MOSFET) , což výrazně zlepšuje odolnost zařízení MOSFET napětí a proudu.

Podle rozdílů ve vertikální vodivé struktuře se ale také dělí na použití drážky ve tvaru písmene V k dosažení vertikální vodivosti VVMOSFET a má vertikální vodivou dvojitě rozptýlenou strukturu MOSFET z VDMOSFET (Vertical Double-diffusedMOSFET), tento článek je diskutován především jako příklad zařízení VDMOS.

Výkonové MOSFETy pro více integrovaných struktur, jako je International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET využívající šestihrannou jednotku; Siemens (Siemens) SIPMOSFET pomocí čtvercové jednotky; Motorola (Motorola) TMOS využívající obdélníkovou jednotku s uspořádáním tvaru "Pin".

1.2 Princip činnosti výkonového MOSFETu

Cut-off: mezi póly zdroje kolektoru plus kladné napájení, póly brány zdroje mezi napětím jsou nulové. p základní oblast a N driftová oblast vytvořené mezi PN přechodem J1 zpětné předpětí, žádný proud neprotéká mezi póly zdroje kolektoru.

Vodivost: S kladným napětím UGS aplikovaným mezi svorky hradla-zdroje je hradlo izolováno, takže neteče žádný hradlový proud. Kladné napětí hradla však vytlačí otvory v P-oblasti pod ním a přitáhne oligony-elektrony v P-oblasti na povrch P-oblasti pod hradlem, když je UGS větší než UT (zapínací napětí nebo prahové napětí), koncentrace elektronů na povrchu P-oblasti pod bránou bude větší než koncentrace děr, takže polovodič typu P se invertuje na typ N a stane se obrácený vrstva a obrácená vrstva tvoří N-kanál a způsobuje, že PN přechod J1 zmizí, odtok a zdroj je vodivý.

1.3 Základní charakteristiky výkonových MOSFETů

1.3.1 Statické charakteristiky.

Vztah mezi sběrným proudem ID a napětím UGS mezi hradlovým zdrojem se nazývá přenosová charakteristika MOSFETu, ID je větší, vztah mezi ID a UGS je přibližně lineární a sklon křivky je definován jako transkonduktance Gfs .

Odtokové voltampérové ​​charakteristiky (výstupní charakteristiky) MOSFET: cut-off region (odpovídající cut-off regionu GTR); saturační oblast (odpovídající amplifikační oblasti GTR); nenasycená oblast (odpovídající saturační oblasti GTR). Výkonový MOSFET pracuje ve spínacím stavu, tj. přepíná tam a zpět mezi oblastí cutoff a oblastí nenasycení. Výkonový MOSFET má parazitní diodu mezi svorkami zdroje kolektoru a zařízení vede, když je mezi svorky zdroje kolektoru přivedeno zpětné napětí. Odpor v zapnutém stavu výkonového MOSFETu má kladný teplotní koeficient, který je příznivý pro vyrovnání proudu při paralelním zapojení zařízení.

1.3.2 Dynamická charakterizace;

jeho testovací obvod a průběhy procesu přepínání.

Proces zapnutí; doba zpoždění zapnutí td(on) - časový úsek mezi okamžikem upfront a okamžikem, kdy se začne objevovat uGS = UT a iD; doba náběhu tr- doba, kdy uGS stoupá z uT na hradlové napětí UGSP, při které MOSFET vstoupí do nenasycené oblasti; hodnota iD v ustáleném stavu je určena napájecím napětím kolektoru, UE a kolektorem. Velikost UGSP souvisí s hodnotou iD v ustáleném stavu. Poté, co UGS dosáhne UGSP, pokračuje ve vzestupu působením nahoru, dokud nedosáhne ustáleného stavu, ale iD se nezmění. Doba zapnutí ton-Součet doby zpoždění zapnutí a doby náběhu.

Doba zpoždění vypnutí td(off) -Časová perioda, kdy iD začne klesat k nule od času nahoru klesne na nulu, Cin se vybije přes Rs a RG a uGS klesne na UGSP podle exponenciální křivky.

Falling time tf- Časové období od kdy uGS nadále klesá z UGSP a iD se snižuje, dokud kanál nezmizí při uGS < UT a ID klesne na nulu. Čas vypnutí toff- Součet doby zpoždění vypnutí a doby pádu.

1.3.3 Rychlost přepínání MOSFET.

Rychlost spínání MOSFET a nabíjení a vybíjení Cin má skvělý vztah, uživatel nemůže snížit Cin, ale může snížit vnitřní odpor Rs hnacího obvodu pro snížení časové konstanty, pro urychlení rychlosti spínání, MOSFET se spoléhá pouze na polytronickou vodivost, nedochází k žádnému oligotronickému úložnému efektu, a proto je proces vypínání velmi rychlý, doba sepnutí 10-100ns, provozní frekvence může být až 100kHz nebo více, je nejvyšší z hlavní výkonové elektroniky zařízení.

Zařízení řízená polem nevyžadují v klidu téměř žádný vstupní proud. Během procesu spínání je však třeba nabíjet a vybíjet vstupní kondenzátor, což stále vyžaduje určité množství hnacího výkonu. Čím vyšší je spínací frekvence, tím větší je požadovaný výkon pohonu.

1.4 Zlepšení dynamického výkonu

Kromě aplikace zařízení je třeba vzít v úvahu napětí zařízení, proud, frekvenci, ale také musí při aplikaci zvládnout, jak zařízení chránit, aby nedošlo k přechodným změnám na zařízení při poškození. Tyristor je samozřejmě kombinací dvou bipolárních tranzistorů, spojených s velkou kapacitou díky velké ploše, takže jeho dv/dt schopnost je zranitelnější. Pro di/dt má také problém s rozšířenou oblastí vodivosti, takže také klade poměrně závažná omezení.

Případ výkonového MOSFETu je zcela odlišný. Jeho schopnost dv/dt a di/dt se často odhaduje z hlediska kapacity za nanosekundu (spíše než za mikrosekundu). Ale navzdory tomu má dynamická omezení výkonu. Ty lze chápat z hlediska základní struktury výkonového MOSFETu.

Struktura výkonového MOSFETu a jeho odpovídající ekvivalentní obvod. Kromě kapacity v téměř každé části zařízení je třeba vzít v úvahu, že MOSFET má paralelně zapojenou diodu. Z určitého pohledu existuje i parazitní tranzistor. (Stejně jako IGBT má také parazitní tyristor). To jsou důležité faktory při studiu dynamického chování MOSFETů.

Za prvé, vnitřní dioda připojená ke struktuře MOSFET má určitou lavinovou schopnost. To je obvykle vyjádřeno jako schopnost jedné laviny a schopnost opakování laviny. Když je reverzní di/dt velká, je dioda vystavena velmi rychlému pulznímu špičce, která má potenciál vstoupit do lavinové oblasti a potenciálně poškodit zařízení, jakmile je překročena jeho lavinová schopnost. Jako u každé PN přechodové diody je zkoumání jejích dynamických charakteristik poměrně složité. Jsou velmi odlišné od jednoduchého konceptu PN přechodu vedoucího v propustném směru a blokujícího ve zpětném směru. Když proud rychle klesne, dioda ztratí schopnost zpětného blokování na dobu známou jako doba zpětného zotavení. existuje také období, kdy se vyžaduje, aby přechod PN vedl rychle a nevykazuje příliš nízký odpor. Jakmile dojde k dopřednému vstřikování do diody ve výkonovém MOSFETu, vstřikované menšinové nosiče také zvyšují složitost MOSFETu jako multitronického zařízení.

Přechodové stavy úzce souvisejí s liniovými stavy a tomuto aspektu by měla být v aplikaci věnována dostatečná pozornost. Je důležité mít hluboké znalosti o zařízení, aby se usnadnilo pochopení a analýza odpovídajících problémů.