MOSFET haqida umumiy ma'lumot

Power MOSFET, shuningdek, ulanish turiga va izolyatsiyalangan eshik turiga bo'linadi, lekin odatda MOSFET (Metal oksidi yarim o'tkazgich FET) izolyatsiyalangan eshik turiga ishora qiladi, bu quvvat MOSFET (Power MOSFET) deb ataladi. Birlashma tipidagi quvvat maydoni effektli tranzistor odatda elektrostatik indüksiyon tranzistori (Statik indüksiyon tranzistori - SIT) deb ataladi. Drenaj oqimini nazorat qilish uchun eshik kuchlanishi bilan tavsiflanadi, qo'zg'alish davri oddiy, kam haydovchi quvvatini talab qiladi, tez almashtirish tezligi, yuqori ish chastotasi, termal barqarorlikGTR, lekin uning joriy quvvati kichik, past kuchlanishli, odatda faqat 10 kVt dan ortiq bo'lmagan quvvatli elektron qurilmalar uchun amal qiladi.

1. Power MOSFET tuzilishi va ishlash printsipi

Quvvat MOSFET turlari: Supero'tkazuvchilar kanalga ko'ra P-kanal va N-kanalga bo'linishi mumkin. Darvozaga ko'ra kuchlanish amplitudasini quyidagilarga bo'lish mumkin; yo'qotish turi; bir o'tkazuvchanlik kanali mavjudligi o'rtasidagi drenaj-manba qutb qachon darvoza kuchlanish nol bo'lsa, kengaytirilgan; N (P) kanal qurilmasi uchun o'tkazuvchi kanal mavjud bo'lgunga qadar eshik kuchlanishi noldan katta (kamroq) bo'lsa, quvvat MOSFET asosan N-kanalni kuchaytiradi.

1.1 QuvvatMOSFETtuzilishi　　

Power MOSFET ichki tuzilishi va elektr belgilari; uning o'tkazuvchanligi faqat bitta qutbli tashuvchilar (polis) o'tkazgichda ishtirok etadi, unipolyar tranzistor hisoblanadi. O'tkazuvchanlik mexanizmi kam quvvatli MOSFET bilan bir xil, ammo strukturasi katta farqga ega, kam quvvatli MOSFET gorizontal o'tkazuvchan qurilma, quvvat MOSFET vertikal o'tkazuvchan strukturaning ko'p qismi, shuningdek, VMOSFET (vertikal MOSFET) sifatida ham tanilgan. , bu MOSFET qurilmasining kuchlanishini va oqimga chidamliligini sezilarli darajada yaxshilaydi.

Vertikal o'tkazuvchan strukturadagi farqlarga ko'ra, shuningdek, VVMOSFETning vertikal o'tkazuvchanligiga erishish uchun V shaklidagi trubadan foydalanishga bo'linadi va VDMOSFET ning vertikal o'tkazuvchan ikki tomonlama tarqalgan MOSFET tuzilishiga ega (Vertical Double-diffuzed).MOSFET), ushbu maqola asosan VDMOS qurilmalariga misol sifatida muhokama qilinadi.

Olti burchakli birlikdan foydalangan holda Xalqaro Rectifier (Xalqaro Rectifier) ​​HEXFET kabi bir nechta integratsiyalashgan tuzilmalar uchun quvvat MOSFETlari; Kvadrat birlik yordamida Siemens (Siemens) SIPMOSFET; Motorola (Motorola) TMOS "Pin" shaklidagi to'rtburchaklar blokdan foydalanadi.

1.2 Power MOSFET ishlash printsipi

Chiqib ketish: drenaj manbai qutblari va musbat quvvat manbai o'rtasida, kuchlanish orasidagi darvoza manba qutblari nolga teng. p tayanch hududi va N drift hududi PN birikmasi J1 teskari yo'nalish o'rtasida hosil bo'ladi, drenaj manbai qutblari o'rtasida oqim yo'q.

O'tkazuvchanlik: Eshik manba terminallari o'rtasida qo'llaniladigan musbat kuchlanish UGS bilan eshik izolyatsiyalangan, shuning uchun hech qanday eshik oqimi oqmaydi. Shu bilan birga, darvozaning musbat kuchlanishi uning ostidagi P-hududidagi teshiklarni itarib yuboradi va P-hududidagi oligon-elektronlarni darvoza ostidagi P-mintaqa yuzasiga tortadi, agar UGS dan katta bo'lsa. UT (yoqish kuchlanishi yoki chegara kuchlanishi), darvoza ostidagi P-mintaqasi yuzasida elektronlar kontsentratsiyasi teshiklarning kontsentratsiyasidan ko'proq bo'ladi, shuning uchun P-turi yarimo'tkazgich N-turiga teskari va teskari qatlamga aylanadi va teskari qatlam N-kanalni hosil qiladi va PN birikmasini J1 yo'qoladi, drenaj va manba o'tkazuvchan qiladi.

1.3 Power MOSFETlarning asosiy xarakteristikalari

1.3.1 Statik xarakteristikalar.

Drenaj oqimining identifikatori va eshik manbai orasidagi kuchlanish UGS o'rtasidagi bog'liqlik MOSFETning uzatish xarakteristikasi deb ataladi, ID kattaroq, ID va UGS o'rtasidagi munosabat taxminan chiziqli va egri chiziqning qiyaligi Gfs o'tkazuvchanligi sifatida aniqlanadi. .

MOSFETning drenaj volt-amper xarakteristikalari (chiqish xarakteristikalari): kesish hududi (GTR ning kesish hududiga to'g'ri keladi); to'yinganlik hududi (GTR ning kuchaytirish hududiga to'g'ri keladi); to'yingan bo'lmagan hudud (GTR ning to'yingan hududiga to'g'ri keladi). MOSFET quvvati kommutatsiya holatida ishlaydi, ya'ni u kesish va to'yinmagan mintaqa o'rtasida oldinga va orqaga o'tadi. Quvvat MOSFET drenaj manbai terminallari o'rtasida parazit diyotga ega va qurilma drenaj manbai terminallari o'rtasida teskari kuchlanish qo'llanilganda ishlaydi. MOSFET quvvatining qarshiligi ijobiy harorat koeffitsientiga ega, bu qurilmalar parallel ulanganda oqimni tenglashtirish uchun qulaydir.

1.3.2 Dinamik xarakteristikalar;

uning sinov sxemasi va kommutatsiya jarayonining to'lqin shakllari.

Yoqish jarayoni; ishga tushirishni kechiktirish vaqti td(yoqish) - oldingi moment va uGS = UT va iD paydo bo'la boshlagan vaqt oralig'i; ko'tarilish vaqti tr- uGS uT dan UGSP eshik kuchlanishiga ko'tarilgan vaqt davri, bunda MOSFET to'yinmagan hududga kiradi; iD ning barqaror holat qiymati drenaj ta'minoti kuchlanishi, UE va drenaj bilan belgilanadi UGSP ning kattaligi iD ning barqaror holat qiymati bilan bog'liq. UGS UGSP ga yetgandan so'ng, u barqaror holatga kelguncha yuqori ta'sirida ko'tarilishda davom etadi, ammo iD o'zgarmaydi. Yoqish vaqti tonna - Yoqishning kechikish vaqti va ko'tarilish vaqti yig'indisi.

O'chirish kechikish vaqti td(off) -ID nolga tushgan vaqtdan boshlab nolga kamayishni boshlagan vaqt oralig'i, Cin Rs va RG orqali chiqariladi va uGS eksponensial egri chiziqqa muvofiq UGSP ga tushadi.

Falling time tf- uGS UGSP dan tushishda davom etgan va iD pasaygan vaqtdan boshlab kanal uGS < UT da yo'qolguncha va ID nolga tushguniga qadar vaqt oralig'i. O'chirish vaqti toff - O'chirish kechikish vaqti va tushish vaqti yig'indisi.

1.3.3 MOSFET o'tish tezligi.

MOSFET kommutatsiya tezligi va Cin zaryadlash va zaryadsizlantirish juda yaxshi munosabatlarga ega, foydalanuvchi Cinni kamaytira olmaydi, lekin vaqt sobitini kamaytirish, kommutatsiya tezligini tezlashtirish uchun haydash davri ichki qarshiligini Rs kamaytirishi mumkin, MOSFET faqat politronik o'tkazuvchanlikka tayanadi, oligotronik saqlash effekti yo'q va shuning uchun o'chirish jarayoni juda tez, o'tish vaqti 10-100ns, ish chastotasi gacha bo'lishi mumkin 100 kHz yoki undan ko'p, asosiy quvvatli elektron qurilmalarning eng yuqorisidir.

Dala tomonidan boshqariladigan qurilmalar dam olishda deyarli hech qanday kirish oqimini talab qilmaydi. Shu bilan birga, kommutatsiya jarayonida kirish kondansatörü zaryadlanishi va zaryadsizlanishi kerak, bu hali ham ma'lum miqdorda haydash kuchini talab qiladi. Kommutatsiya chastotasi qanchalik baland bo'lsa, haydovchi kuchi shunchalik katta bo'ladi.

1.4 Dinamik ish faoliyatini yaxshilash

Qurilmaning qo'llanilishiga qo'shimcha ravishda qurilmaning kuchlanishini, oqimini, chastotasini hisobga olish, shuningdek, qurilmani qanday himoya qilish kerakligini qo'llashda o'zlashtirish kerak, zararni vaqtinchalik o'zgarishlarda qurilma qilish uchun emas. Albatta, tiristor ikkita bipolyar tranzistorning kombinatsiyasi bo'lib, katta maydon tufayli katta sig'imga ega, shuning uchun uning dv / dt qobiliyati yanada zaifdir. Di/dt uchun u kengaytirilgan o'tkazuvchanlik mintaqasi muammosiga ham ega, shuning uchun u juda jiddiy cheklovlarni ham qo'yadi.

MOSFET quvvatining holati butunlay boshqacha. Uning dv/dt va di/dt qobiliyati ko'pincha nanosekundda (mikrosekundda emas) qobiliyat nuqtai nazaridan baholanadi. Ammo shunga qaramay, u dinamik ishlash cheklovlariga ega. Bularni MOSFET quvvatining asosiy tuzilishi nuqtai nazaridan tushunish mumkin.

MOSFET quvvatining tuzilishi va unga mos keladigan ekvivalent sxemasi. Qurilmaning deyarli har bir qismidagi sig'imga qo'shimcha ravishda, MOSFET parallel ravishda ulangan diyotga ega ekanligini hisobga olish kerak. Muayyan nuqtai nazardan, parazit tranzistor ham mavjud. (IGBT ham parazit tiristorga ega bo'lganidek). Bular MOSFETlarning dinamik xatti-harakatlarini o'rganishda muhim omillardir.

Avvalo, MOSFET tuzilishiga biriktirilgan ichki diyot ko'chkiga qarshi qobiliyatga ega. Bu odatda bitta ko'chki qobiliyati va takroriy ko'chki qobiliyati nuqtai nazaridan ifodalanadi. Teskari di / dt katta bo'lsa, diod juda tez zarba zarbasiga duchor bo'ladi, bu ko'chki hududiga kirishi va uning ko'chki qobiliyatidan oshib ketgandan so'ng qurilmaga potentsial zarar etkazishi mumkin. Har qanday PN ulanish diodida bo'lgani kabi, uning dinamik xususiyatlarini sinchkovlik bilan o'rganish juda murakkab. Ular oldinga yo'nalishda o'tkazadigan va teskari yo'nalishda blokirovka qiluvchi PN birikmasining oddiy tushunchasidan juda farq qiladi. Oqim tez pasayganda, diod teskari tiklanish vaqti deb nomlanuvchi vaqt davomida teskari blokirovka qilish qobiliyatini yo'qotadi. PN birikmasini tez o'tkazishni talab qiladigan va juda past qarshilik ko'rsatmaydigan vaqt davri ham mavjud. MOSFET quvvatida diodga oldinga in'ektsiya amalga oshirilgandan so'ng, AOK qilingan ozchilik tashuvchilari ham MOSFETning multitronik qurilma sifatida murakkabligini oshiradi.

Vaqtinchalik sharoitlar chiziq sharoitlari bilan chambarchas bog'liq bo'lib, dasturda bu jihatga etarlicha e'tibor berilishi kerak. Tegishli muammolarni tushunish va tahlil qilishni osonlashtirish uchun qurilma haqida chuqur bilimga ega bo'lish muhimdir.