Overview sa MOSFET

Ang Power MOSFET gibahin usab sa junction type ug insulated gate type, apan kasagaran nag-una nga nagtumong sa insulated gate type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), nga gitawag nga power MOSFET (Power MOSFET). Ang junction type power field effect transistor kasagaran gitawag nga electrostatic induction transistor (Static Induction Transistor - SIT). Kini gihulagway pinaagi sa boltahe sa ganghaan aron makontrol ang alisngaw karon, ang drive circuit yano, nanginahanglan gamay nga gahum sa pagmaneho, paspas nga pagbalhin sa tulin, taas nga frequency sa operasyon, ang kalig-on sa thermal mas maayo kaysa saGTR, apan ang kasamtangan nga kapasidad niini gamay, ubos nga boltahe, kasagaran magamit lamang sa gahum nga dili molapas sa 10kW sa gahum nga mga electronic device.

1. Gahum MOSFET istruktura ug operating prinsipyo

Gahum MOSFET matang: sumala sa conductive channel mahimong bahinon ngadto sa P-channel ug N-channel. Sumala sa ganghaan boltahe amplitude mahimong bahinon ngadto sa; matang sa pagkunhod; sa diha nga ang ganghaan boltahe mao ang zero sa diha nga ang habwa, tinubdan-tinubdan sa taliwala sa paglungtad sa usa ka nagpahigayon channel, gipalambo; alang sa N (P) channel device, ang gate boltahe mas dako pa kay sa (ubos sa) zero sa wala pa ang paglungtad sa usa ka conducting channel, ang gahum MOSFET nag-una N-channel gipalambo.

1.1 GahumMOSFETistruktura　　

Power MOSFET internal nga istruktura ug mga simbolo sa kuryente; ang conduction niini usa lamang ka polarity carriers (polys) nga nalambigit sa conductive, usa ka unipolar transistor. Ang pagpahigayon sa mekanismo parehas sa ubos nga gahum nga MOSFET, apan ang istruktura adunay dako nga kalainan, ang ubos nga gahum nga MOSFET usa ka pinahigda nga conductive device, ang gahum MOSFET kadaghanan sa bertikal conductive structure, nailhan usab nga VMOSFET (Vertical MOSFET) , nga makapauswag pag-ayo sa boltahe sa MOSFET device ug sa kasamtangan nga makasugakod nga kapabilidad.

Sumala sa mga kalainan sa bertikal conductive nga istruktura, apan gibahin usab sa paggamit sa V-shaped groove aron makab-ot ang bertikal nga conductivity sa VVMOSFET ug adunay usa ka bertikal conductive double-diffused MOSFET nga istruktura sa VDMOSFET (Vertical Double-diffusedMOSFET), kini nga papel labi nga gihisgutan ingon usa ka pananglitan sa mga aparato sa VDMOS.

Power MOSFETs para sa multiple integrated structure, sama sa International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET gamit ang hexagonal unit; Siemens (Siemens) SIPMOSFET gamit ang square unit; Motorola (Motorola) TMOS gamit ang usa ka rectangular unit pinaagi sa "Pin" shape arrangement.

1.2 Power MOSFET nga prinsipyo sa operasyon

Pagputol: tali sa mga poste nga gigikanan sa tubig ug positibo nga suplay sa kuryente, ang mga poste sa gigikanan sa ganghaan taliwala sa boltahe mao ang zero. p base nga rehiyon ug N drift rehiyon naporma sa taliwala sa PN junction J1 reverse bias, walay kasamtangan nga dagan sa taliwala sa drain-source pole.

Conductivity: Uban sa usa ka positibo nga boltahe UGS nga gigamit sa taliwala sa mga gate-source terminals, ang ganghaan insulated, mao nga walay ganghaan kasamtangan nga nagaagay. Bisan pa, ang positibo nga boltahe sa ganghaan moduso sa mga lungag sa P-rehiyon sa ubos niini, ug makadani sa mga oligons-electron sa P-rehiyon sa nawong sa P-rehiyon sa ilawom sa ganghaan kung ang UGS mas dako kaysa sa UT (turn-on boltahe o threshold boltahe), ang konsentrasyon sa mga electron sa ibabaw sa P-rehiyon sa ilalum sa ganghaan mahimong labaw pa kay sa konsentrasyon sa mga lungag, mao nga ang P-type semiconductor inverted ngadto sa usa ka N-type ug mahimong usa ka balit-ad nga lut-od, ug ang balit-ad nga lut-od nagporma ug N-channel ug naghimo sa PN junction nga J1 nga mawala, habwa, ug tinubdan nga konduktibo.

1.3 Sukaranan nga mga Kinaiya sa Power MOSFETs

1.3.1 Static nga mga Kinaiya.

Ang relasyon tali sa alisngaw nga kasamtangan nga ID ug ang boltahe nga UGS tali sa tinubdan sa ganghaan gitawag nga pagbalhin nga kinaiya sa MOSFET, ang ID mas dako, ang relasyon tali sa ID ug UGS gibana-bana nga linear, ug ang bakilid sa kurba gihubit ingon nga transconductance Gfs .

Ang drain volt-ampere nga mga kinaiya (mga kinaiya sa output) sa MOSFET: cutoff nga rehiyon (nga katumbas sa cutoff nga rehiyon sa GTR); saturation nga rehiyon (katumbas sa amplification nga rehiyon sa GTR); non-saturation nga rehiyon (katumbas sa saturation nga rehiyon sa GTR). Ang gahum MOSFET naglihok sa switching estado, ie, kini switch balik-balik sa taliwala sa cutoff rehiyon ug sa non-saturation rehiyon. Ang gahum MOSFET adunay usa ka parasitic diode tali sa drain-source terminals, ug ang device nagpahigayon sa diha nga ang usa ka reverse boltahe gigamit sa taliwala sa drain-source terminals. Ang on-state nga pagsukol sa gahum MOSFET adunay usa ka positibo nga koepisyent sa temperatura, nga paborable alang sa pag-equal sa kasamtangan kung ang mga himan konektado sa parallel.

1.3.2 Dinamikong Kinaiya;

ang test circuit niini ug ang switching process waveforms.

Ang proseso sa turn-on; turn-on delay time td(on) - ang yugto sa panahon tali sa gutlo sa unahan ug sa higayon nga ang uGS = UT ug iD nagsugod sa pagpakita; oras sa pagtaas tr- ang yugto sa panahon kung ang uGS mosaka gikan sa uT hangtod sa boltahe sa ganghaan UGSP diin ang MOSFET mosulod sa dili saturated nga rehiyon; ang steady state value sa iD gitino sa drain supply voltage, UE, ug ang drain Ang magnitude sa UGSP nalangkit sa steady state value sa iD. Human makaabot ang UGS sa UGSP, kini nagpadayon sa pagsaka ubos sa aksyon sa hangtod nga kini makaabot sa makanunayon nga kahimtang, apan ang iD wala mausab. Oras sa turn-on tonelada-Kadaghanan sa oras sa paglangan sa turn-on ug oras sa pagtaas.

Off nga oras sa paglangan td(off) -Ang yugto sa panahon kung ang iD nagsugod sa pagkunhod sa zero gikan sa panahon nga nahulog sa zero, ang Cin gipagawas pinaagi sa Rs ug RG, ug ang uGS nahulog sa UGSP sumala sa usa ka exponential curve.

Falling time tf- Ang yugto sa panahon gikan sa dihang ang uGS nagpadayon sa pagkahulog gikan sa UGSP ug ang iD mikunhod hangtod ang channel mawala sa uGS < UT ug ang ID nahulog sa zero. Turn-off time toff- Ang sumada sa turn-off nga delay time ug ang fall time.

1.3.3 MOSFET switching speed.

MOSFET switching speed ug Cin charging ug discharging adunay usa ka maayo nga relasyon, ang user dili makapakunhod sa Cin, apan makapakunhod sa driving circuit internal resistance Rs aron makunhuran ang kanunay nga oras, aron mapadali ang switching speed, MOSFET nagsalig lamang sa polytronic conductivity, wala'y oligotronic storage effect, ug sa ingon ang proseso sa pagsira paspas kaayo, ang switching time sa 10-100ns, ang operating frequency mahimong hangtod sa 100kHz o labaw pa, mao ang pinakataas sa nag-unang gahum sa elektronik nga mga himan.

Ang mga aparato nga kontrolado sa uma nanginahanglan hapit wala’y input nga kasamtangan sa pagpahulay. Bisan pa, sa panahon sa proseso sa pagbalhin, ang input capacitor kinahanglan nga i-charge ug i-discharge, nga nanginahanglan gihapon usa ka piho nga kantidad sa gahum sa pagmaneho. Kon mas taas ang switching frequency, mas dako ang gikinahanglan nga gahum sa pagmaneho.

1.4 Dynamic nga pagpauswag sa performance

Dugang pa sa lalang aplikasyon sa paghunahuna sa boltahe lalang, kasamtangan, frequency, apan kinahanglan usab nga master sa aplikasyon sa kon sa unsang paagi sa pagpanalipod sa mga lalang, dili sa paghimo sa mga lalang sa lumalabay nga mga kausaban sa kadaot. Siyempre ang thyristor usa ka kombinasyon sa duha ka bipolar transistors, inubanan sa usa ka dako nga kapasidad tungod sa dako nga lugar, mao nga ang iyang dv / dt nga kapabilidad mas huyang. Alang sa di/dt kini usab adunay usa ka gipalawig nga problema sa rehiyon sa conduction, mao nga nagpahamtang usab kini og grabe nga mga limitasyon.

Ang kaso sa gahum MOSFET lahi ra. Ang kapabilidad sa dv/dt ug di/dt sagad gibanabana sa termino sa kapabilidad matag nanosecond (imbes kada microsecond). Apan bisan pa niini, kini adunay dinamikong mga limitasyon sa pasundayag. Mahimong masabtan kini sa mga termino sa sukaranan nga istruktura sa usa ka gahum nga MOSFET.

Ang istruktura sa usa ka gahum MOSFET ug ang katugbang nga katumbas nga sirkito niini. Dugang pa sa kapasidad sa halos matag bahin sa device, kini kinahanglan nga giisip nga ang MOSFET adunay usa ka diode konektado sa parallel. Gikan sa usa ka punto sa panglantaw, adunay usa usab ka parasitic transistor. (Sama sa usa ka IGBT usab adunay usa ka parasitic thyristor). Importante kini nga mga hinungdan sa pagtuon sa dinamikong kinaiya sa mga MOSFET.

Una sa tanan ang intrinsic diode nga gilakip sa istruktura sa MOSFET adunay pipila nga kapabilidad sa avalanche. Kini kasagarang gipahayag sa termino sa usa ka avalanche nga kapabilidad ug balik-balik nga avalanche nga kapabilidad. Kung ang reverse di/dt dako, ang diode ipailalom sa usa ka kusog kaayo nga pulso spike, nga adunay potensyal nga mosulod sa avalanche nga rehiyon ug posibleng makadaut sa device sa higayon nga ang kapabilidad sa avalanche nalapas na. Sama sa bisan unsang PN junction diode, ang pagsusi sa dinamikong mga kinaiya niini medyo komplikado. Lahi kaayo sila sa yano nga konsepto sa usa ka PN junction nga nagpahigayon sa unahan nga direksyon ug nagbabag sa balik nga direksyon. Sa diha nga ang kasamtangan nga nahulog paspas, ang diode mawad-an sa iyang reverse blocking kapabilidad alang sa usa ka yugto sa panahon nga nailhan nga reverse recovery time. adunay usa usab ka yugto sa panahon nga ang PN junction gikinahanglan nga paspas nga magpahigayon ug dili magpakita sa usa ka ubos kaayo nga resistensya. Sa higayon nga adunay forward injection ngadto sa diode sa usa ka power MOSFET, ang minority carriers nga gi-injected makadugang usab sa pagkakomplikado sa MOSFET isip multitronic device.

Ang lumalabay nga mga kondisyon suod nga nalangkit sa mga kondisyon sa linya, ug kini nga aspeto kinahanglang hatagan ug igong pagtagad sa aplikasyon. Mahinungdanon nga adunay usa ka lawom nga kahibalo sa aparato aron mapadali ang pagsabut ug pagtuki sa mga katugbang nga problema.