Gambaran keseluruhan MOSFET

MOSFET Kuasa juga dibahagikan kepada jenis simpang dan jenis pintu terlindung, tetapi biasanya merujuk kepada jenis pintu terlindung MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), yang dirujuk sebagai MOSFET kuasa (Power MOSFET). Transistor kesan medan kuasa jenis simpang biasanya dipanggil transistor aruhan elektrostatik (Transistor Aruhan Statik - SIT). Ia dicirikan oleh voltan pintu untuk mengawal arus longkang, litar pemacu adalah mudah, memerlukan sedikit kuasa pemacu, kelajuan pensuisan pantas, frekuensi operasi yang tinggi, kestabilan terma lebih baik daripadaGTR, tetapi kapasiti semasanya adalah kecil, voltan rendah, secara amnya hanya digunakan untuk kuasa tidak lebih daripada 10kW peranti elektronik kuasa.

1. Struktur dan prinsip operasi MOSFET kuasa

Jenis MOSFET Kuasa: mengikut saluran konduktif boleh dibahagikan kepada P-channel dan N-channel. Mengikut amplitud voltan pintu boleh dibahagikan kepada; jenis penyusutan; apabila voltan get adalah sifar apabila kutub punca longkang antara kewujudan saluran pengalir, dipertingkatkan; untuk peranti saluran N (P), voltan pintu lebih besar daripada (kurang daripada) sifar sebelum kewujudan saluran pengalir, MOSFET kuasa terutamanya saluran N dipertingkatkan.

1.1 KuasaMOSFETstruktur　　

Struktur dalaman MOSFET kuasa dan simbol elektrik; pengalirannya hanya satu pembawa kekutuban (polis) yang terlibat dalam pengalir, ialah transistor unipolar. Mekanisme pengaliran adalah sama dengan MOSFET berkuasa rendah, tetapi strukturnya mempunyai perbezaan yang besar, MOSFET berkuasa rendah adalah peranti konduktif mendatar, MOSFET kuasa kebanyakan struktur konduktif menegak, juga dikenali sebagai VMOSFET (MOSFET Menegak) , yang sangat meningkatkan voltan peranti MOSFET dan keupayaan menahan arus.

Mengikut perbezaan dalam struktur konduktif menegak, tetapi juga dibahagikan kepada penggunaan alur berbentuk V untuk mencapai kekonduksian menegak VVMOSFET dan mempunyai struktur MOSFET berganda konduktif menegak VDMOSFET (Vertical Double-diffused).MOSFET), kertas kerja ini dibincangkan terutamanya sebagai contoh peranti VDMOS.

MOSFET kuasa untuk struktur bersepadu berbilang, seperti Penerus Antarabangsa (Penerus Antarabangsa) HEXFET menggunakan unit heksagon; Siemens (Siemens) SIPMOSFET menggunakan unit segi empat sama; Motorola (Motorola) TMOS menggunakan unit segi empat tepat dengan susunan bentuk "Pin".

1.2 Prinsip operasi MOSFET kuasa

Cut-off: antara kutub punca longkang ditambah bekalan kuasa positif, kutub punca pintu antara voltan adalah sifar. kawasan asas p dan kawasan hanyut N terbentuk antara simpang PN J1 pincang songsang, tiada aliran arus antara kutub punca longkang.

Kekonduksian: Dengan UGS voltan positif digunakan di antara terminal sumber get, get terlindung, jadi tiada arus get mengalir. Walau bagaimanapun, voltan positif pintu akan menolak lubang-lubang di kawasan-P di bawahnya, dan menarik oligon-elektron dalam wilayah-P ke permukaan kawasan-P di bawah pintu gerbang apabila UGS lebih besar daripada UT (voltan hidup atau voltan ambang), kepekatan elektron pada permukaan P-region di bawah pintu akan lebih daripada kepekatan lubang, supaya semikonduktor jenis P terbalik menjadi N-jenis dan menjadi lapisan terbalik, dan lapisan terbalik membentuk saluran N dan menjadikan simpang PN J1 hilang, longkang dan konduktif punca.

1.3 Ciri-ciri Asas MOSFET Kuasa

1.3.1 Ciri-ciri Statik.

Hubungan antara ID arus longkang dan UGS voltan antara sumber get dipanggil ciri pemindahan MOSFET, ID lebih besar, hubungan antara ID dan UGS adalah lebih kurang linear, dan cerun lengkung ditakrifkan sebagai Gfs transkonduktans .

Ciri-ciri volt-ampere longkang (ciri keluaran) MOSFET: rantau cutoff (bersamaan dengan rantau cutoff GTR); rantau tepu (bersamaan dengan kawasan amplifikasi GTR); rantau bukan tepu (bersamaan dengan kawasan tepu GTR). MOSFET kuasa beroperasi dalam keadaan pensuisan, iaitu, ia beralih ke sana ke mari antara kawasan cutoff dan kawasan bukan tepu. MOSFET kuasa mempunyai diod parasit di antara terminal punca saliran, dan peranti mengalir apabila voltan terbalik dikenakan antara terminal punca saliran. Rintangan pada keadaan MOSFET kuasa mempunyai pekali suhu positif, yang sesuai untuk menyamakan arus apabila peranti disambungkan secara selari.

1.3.2 Perwatakan Dinamik;

litar ujiannya dan bentuk gelombang proses pensuisan.

Proses menghidupkan; masa tunda hidup td(on) - tempoh masa antara saat di hadapan dan saat apabila uGS = UT dan iD mula muncul; masa naik tr- tempoh masa apabila uGS naik dari uT ke voltan get UGSP di mana MOSFET memasuki kawasan tidak tepu; nilai keadaan mantap iD ditentukan oleh voltan bekalan saliran, UE, dan longkang Magnitud UGSP berkaitan dengan nilai keadaan mantap iD. Selepas UGS mencapai UGSP, ia terus meningkat di bawah tindakan naik sehingga ia mencapai keadaan mantap, tetapi iD tidak berubah. Masa hidupkan tan-Jumlah masa tunda hidup dan masa naik.

Masa tunda mati td(mati) -Tempoh masa apabila iD mula berkurangan kepada sifar dari masa sehingga jatuh kepada sifar, Cin dilepaskan melalui Rs dan RG, dan uGS jatuh kepada UGSP mengikut lengkung eksponen.

Masa jatuh tf- Tempoh masa dari uGS terus jatuh dari UGSP dan iD berkurangan sehingga saluran hilang pada uGS < UT dan ID jatuh ke sifar. Masa tutup mati- Jumlah masa tunda tutup dan masa jatuh.

1.3.3 Kelajuan pensuisan MOSFET.

MOSFET kelajuan pensuisan dan Cin mengecas dan menyahcas mempunyai hubungan yang baik, pengguna tidak boleh mengurangkan Cin, tetapi boleh mengurangkan rintangan dalaman litar memandu Rs untuk mengurangkan pemalar masa, untuk mempercepatkan kelajuan pensuisan, MOSFET hanya bergantung pada kekonduksian politronik, tiada kesan storan oligotronik, dan dengan itu proses penutupan adalah sangat cepat, masa pensuisan 10-100ns, kekerapan operasi boleh sehingga 100kHz atau lebih, adalah yang tertinggi daripada peranti elektronik kuasa utama.

Peranti kawalan medan memerlukan hampir tiada arus input semasa rehat. Walau bagaimanapun, semasa proses pensuisan, kapasitor input perlu dicas dan dinyahcas, yang masih memerlukan sejumlah kuasa pemanduan. Lebih tinggi frekuensi pensuisan, lebih besar kuasa pemacu yang diperlukan.

1.4 Peningkatan prestasi dinamik

Sebagai tambahan kepada aplikasi peranti untuk mempertimbangkan voltan peranti, semasa, kekerapan, tetapi juga mesti menguasai dalam permohonan bagaimana untuk melindungi peranti, bukan untuk membuat peranti dalam perubahan sementara dalam kerosakan. Sudah tentu thyristor adalah gabungan dua transistor bipolar, ditambah dengan kapasiti yang besar kerana kawasan yang besar, jadi keupayaan dv/dtnya lebih terdedah. Untuk di/dt ia juga mempunyai masalah kawasan pengaliran lanjutan, jadi ia juga mengenakan had yang agak teruk.

Kes MOSFET kuasa agak berbeza. Keupayaan dv/dt dan di/dtnya sering dianggarkan dari segi keupayaan setiap nanosaat (bukannya setiap mikrosaat). Tetapi walaupun ini, ia mempunyai had prestasi dinamik. Ini boleh difahami dari segi struktur asas MOSFET kuasa.

Struktur MOSFET kuasa dan litar setara yang sepadan. Sebagai tambahan kepada kapasitansi di hampir setiap bahagian peranti, mesti dipertimbangkan bahawa MOSFET mempunyai diod yang disambungkan secara selari. Dari sudut pandangan tertentu, terdapat juga transistor parasit. (Sama seperti IGBT juga mempunyai thyristor parasit). Ini adalah faktor penting dalam kajian tingkah laku dinamik MOSFET.

Pertama sekali diod intrinsik yang dipasang pada struktur MOSFET mempunyai beberapa keupayaan salji. Ini biasanya dinyatakan dari segi keupayaan salji tunggal dan keupayaan salji berulang. Apabila di/dt terbalik adalah besar, diod tertakluk kepada pancang nadi yang sangat laju, yang berpotensi untuk memasuki kawasan runtuhan salji dan berpotensi merosakkan peranti apabila keupayaan saljinya melebihi. Seperti mana-mana diod simpang PN, meneliti ciri dinamiknya agak rumit. Mereka sangat berbeza daripada konsep mudah simpang PN yang mengalir ke arah hadapan dan menyekat ke arah belakang. Apabila arus turun dengan cepat, diod kehilangan keupayaan menyekat terbaliknya untuk satu tempoh masa yang dikenali sebagai masa pemulihan terbalik. terdapat juga satu tempoh masa apabila simpang PN diperlukan untuk mengalir dengan cepat dan tidak menunjukkan rintangan yang sangat rendah. Sebaik sahaja terdapat suntikan ke hadapan ke dalam diod dalam MOSFET kuasa, pembawa minoriti yang disuntik juga menambah kerumitan MOSFET sebagai peranti multitronik.

Keadaan sementara berkait rapat dengan keadaan talian, dan aspek ini harus diberi perhatian yang secukupnya dalam aplikasi. Adalah penting untuk mempunyai pengetahuan yang mendalam tentang peranti untuk memudahkan pemahaman dan analisis masalah yang sepadan.