Trosolwg MOSFET

Mae Power MOSFET hefyd wedi'i rannu'n fath cyffordd a math o giât wedi'i inswleiddio, ond fel arfer mae'n cyfeirio'n bennaf at y math giât wedi'i inswleiddio MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), y cyfeirir ato fel pŵer MOSFET (Power MOSFET). Yn gyffredinol, gelwir transistor effaith maes pŵer math cyffordd yn transistor ymsefydlu electrostatig (Transistor Sefydlu Statig - SIT). Fe'i nodweddir gan foltedd y giât i reoli'r cerrynt draen, mae cylched gyrru yn syml, mae angen ychydig o bŵer gyrru, cyflymder newid cyflym, amlder gweithredu uchel, mae sefydlogrwydd thermol yn well na'rGTR, ond mae ei allu presennol yn fach, foltedd isel, yn gyffredinol dim ond yn berthnasol i bŵer nad yw'n fwy na 10kW o ddyfeisiau electronig pŵer.

1. Pŵer MOSFET strwythur ac egwyddor gweithredu

Mathau MOSFET pŵer: yn ôl y sianel dargludol gellir ei rannu'n P-sianel a N-sianel. Yn ôl y giât gellir rhannu osgled foltedd yn; math disbyddu; pan fo foltedd y giât yn sero pan fydd y polyn ffynhonnell draen rhwng bodolaeth sianel ddargludo, wedi'i wella; ar gyfer dyfais sianel N (P), mae foltedd y giât yn fwy na (llai na) sero cyn bodolaeth sianel dargludo, mae'r pŵer MOSFET yn cael ei wella'n bennaf gan sianel N.

1.1 PŵerMOSFETstrwythur　　

Strwythur mewnol pŵer MOSFET a symbolau trydanol; ei dargludiad dim ond un cludwyr polaredd (polys) sy'n ymwneud â'r dargludol, yn transistor unipolar. Mae mecanwaith dargludo yr un fath â'r MOSFET pŵer isel, ond mae gan y strwythur wahaniaeth mawr, mae'r MOSFET pŵer isel yn ddyfais dargludol llorweddol, y MOSFET pŵer y rhan fwyaf o'r strwythur dargludol fertigol, a elwir hefyd yn VMOSFET (MOSFET fertigol) , sy'n gwella'n fawr foltedd dyfais MOSFET a gallu gwrthsefyll cyfredol.

Yn ôl y gwahaniaethau yn y strwythur dargludol fertigol, ond hefyd wedi'i rannu yn y defnydd o groove siâp V i gyflawni dargludedd fertigol y VVMOSFET ac mae ganddo strwythur MOSFET fertigol dargludol dwbl-tryledol y VDMOSFET (Dwbl-dryledol fertigolMOSFET), trafodir y papur hwn yn bennaf fel enghraifft o ddyfeisiau VDMOS.

MOSFETs pŵer ar gyfer strwythur integredig lluosog, megis International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET gan ddefnyddio uned hecsagonol; Siemens (Siemens) SIPMOSFET gan ddefnyddio uned sgwâr; Motorola (Motorola) TMOS gan ddefnyddio uned hirsgwar gan y trefniant siâp "Pin".

1.2 Power MOSFET egwyddor o weithredu

Toriad: rhwng y polion ffynhonnell draen a chyflenwad pŵer positif, mae'r polion porth-ffynhonnell rhwng y foltedd yn sero. rhanbarth sylfaen p a rhanbarth drifft N a ffurfiwyd rhwng y gyffordd PN J1 gogwydd gwrthdro, dim llif cerrynt rhwng y polion draen-ffynhonnell.

Dargludedd: Gyda foltedd positif UGS wedi'i gymhwyso rhwng y terfynellau porth-ffynhonnell, mae'r giât wedi'i hinswleiddio, felly nid oes cerrynt giât yn llifo. Fodd bynnag, bydd foltedd positif y giât yn gwthio'r tyllau yn y rhanbarth P oddi tano, ac yn denu'r electronau oligons yn y rhanbarth P i wyneb y rhanbarth P o dan y giât pan fo'r UGS yn fwy na'r UT (foltedd troi ymlaen neu foltedd trothwy), bydd crynodiad yr electronau ar wyneb y rhanbarth P o dan y giât yn fwy na chrynodiad y tyllau, fel bod y lled-ddargludydd P-math yn gwrthdroi i fath N a dod yn haen gwrthdro, ac mae'r haen gwrthdro yn ffurfio sianel N ac yn gwneud i'r gyffordd PN J1 ddiflannu, draenio a dargludo'r ffynhonnell.

1.3 Nodweddion Sylfaenol MOSFETs Pŵer

1.3.1 Nodweddion Statig.

Gelwir y berthynas rhwng ID cerrynt y draen a'r foltedd UGS rhwng ffynhonnell y giât yn nodwedd drosglwyddo'r MOSFET, mae ID yn fwy, mae'r berthynas rhwng ID ac UGS oddeutu llinol, a diffinnir llethr y gromlin fel y traws-ddargludiad Gfs. .

Nodweddion folt-ampere draen (nodweddion allbwn) y MOSFET: rhanbarth torbwynt (sy'n cyfateb i ranbarth toriad y GTR); rhanbarth dirlawnder (sy'n cyfateb i ranbarth mwyhau'r GTR); rhanbarth di-dirlawnder (sy'n cyfateb i ranbarth dirlawnder y GTR). Mae'r MOSFET pŵer yn gweithredu yn y cyflwr newid, hy, mae'n newid yn ôl ac ymlaen rhwng y rhanbarth torri i ffwrdd a'r rhanbarth di-dirlawnder. Mae gan y pŵer MOSFET deuod parasitig rhwng y terfynellau ffynhonnell draen, ac mae'r ddyfais yn dargludo pan fydd foltedd gwrthdro'n cael ei gymhwyso rhwng y terfynellau ffynhonnell draen. Mae gan wrthwynebiad ar-wladwriaeth y pŵer MOSFET gyfernod tymheredd positif, sy'n ffafriol ar gyfer cydraddoli'r cerrynt pan gysylltir y dyfeisiau yn gyfochrog.

1.3.2 Nodweddu Dynamig;

ei gylched prawf a thonffurfiau proses newid.

Y broses troi ymlaen; amser oedi troi ymlaen td(ymlaen) - y cyfnod amser rhwng yr eiliad o flaen llaw a'r eiliad pan fydd uGS = UT ac iD yn dechrau ymddangos; amser codi tr- y cyfnod amser pan fo uGS yn codi o uT i foltedd y giât UGSP lle mae'r MOSFET yn mynd i mewn i'r rhanbarth annirlawn; mae gwerth cyflwr sefydlog iD yn cael ei bennu gan foltedd cyflenwad y draen, UE, a'r draen Mae maint UGSP yn gysylltiedig â gwerth cyflwr cyson iD. Ar ôl i UGS gyrraedd UGSP, mae'n parhau i godi o dan y weithred o hyd nes iddo gyrraedd cyflwr cyson, ond nid yw iD wedi newid. Amser troi ymlaen tunnell-Swm o amser oedi troi ymlaen ac amser codi.

Amser oedi i ffwrdd td (i ffwrdd) -Mae'r cyfnod amser pan fydd iD yn dechrau gostwng i sero o'r amser i fyny yn disgyn i sero, mae Cin yn cael ei ollwng trwy Rs ac RG, ac mae uGS yn disgyn i UGSP yn ôl cromlin esbonyddol.

Amser cwympo tf- Y cyfnod amser o pan fydd uGS yn parhau i ostwng o UGSP ac iD yn lleihau nes bod y sianel yn diflannu yn uGS < UT ac ID yn disgyn i sero. Amser troi i ffwrdd - Swm yr amser oedi diffodd a'r amser cwympo.

1.3.3 MOSFET cyflymder newid.

Mae gan gyflymder newid MOSFET a Cin codi tâl a gollwng berthynas wych, ni all y defnyddiwr leihau Cin, ond gall leihau'r gwrthiant mewnol cylched gyrru Rs i leihau'r amser cyson, i gyflymu'r cyflymder newid, mae MOSFET yn dibynnu ar y dargludedd polytronig yn unig, nid oes unrhyw effaith storio oligotropig, ac felly mae'r broses gau yn gyflym iawn, yr amser newid o 10-100ns, gall yr amlder gweithredu fod hyd at 100kHz neu fwy, yw'r uchaf o'r prif ddyfeisiau electronig pŵer.

Nid oes angen bron dim cerrynt mewnbwn wrth orffwys ar ddyfeisiau a reolir gan faes. Fodd bynnag, yn ystod y broses newid, mae angen codi tâl a gollwng y cynhwysydd mewnbwn, sy'n dal i fod angen rhywfaint o bŵer gyrru. Po uchaf yw'r amlder newid, y mwyaf yw'r pŵer gyrru sydd ei angen.

1.4 Gwelliant perfformiad deinamig

Yn ychwanegol at y cais ddyfais i ystyried y foltedd ddyfais, cerrynt, amlder, ond hefyd rhaid meistroli yn y cais o sut i amddiffyn y ddyfais, i beidio â gwneud y ddyfais yn y newidiadau dros dro yn y difrod. Wrth gwrs mae'r thyristor yn gyfuniad o ddau transistor deubegwn, ynghyd â chynhwysedd mawr oherwydd yr ardal fawr, felly mae ei allu dv/dt yn fwy agored i niwed. Ar gyfer di/dt mae ganddo hefyd broblem rhanbarth dargludiad estynedig, felly mae hefyd yn gosod cyfyngiadau eithaf difrifol.

Mae achos y MOSFET pŵer yn dra gwahanol. Yn aml, amcangyfrifir ei allu dv/dt a di/dt yn nhermau gallu fesul nanosecond (yn hytrach na fesul microsecond). Ond er gwaethaf hyn, mae ganddo gyfyngiadau perfformiad deinamig. Gellir deall y rhain yn nhermau strwythur sylfaenol MOSFET pŵer.

Strwythur MOSFET pŵer a'i gylched cyfatebol cyfatebol. Yn ogystal â'r cynhwysedd ym mron pob rhan o'r ddyfais, rhaid ystyried bod gan y MOSFET deuod wedi'i gysylltu yn gyfochrog. O safbwynt penodol, mae yna hefyd transistor parasitig. (Yn union fel mae gan IGBT thyristor parasitig hefyd). Mae'r rhain yn ffactorau pwysig wrth astudio ymddygiad deinamig MOSFETs.

Yn gyntaf oll, mae gan y deuod cynhenid ​​sydd ynghlwm wrth strwythur MOSFET rywfaint o allu eirlithriadau. Mynegir hyn fel arfer yn nhermau gallu eirlithriadau sengl a gallu eirlithriadau ailadroddus. Pan fo'r cefn di/dt yn fawr, mae'r deuod yn destun pigyn pwls cyflym iawn, sydd â'r potensial i fynd i mewn i'r rhanbarth eirlithriadau ac o bosibl niweidio'r ddyfais unwaith y rhagorir ar ei allu eirlithriadau. Fel gydag unrhyw ddeuod cyffordd PN, mae craffu ar ei nodweddion deinamig yn eithaf cymhleth. Maent yn wahanol iawn i'r cysyniad syml o gyffordd PN yn dargludo i'r cyfeiriad ymlaen ac yn blocio i'r cyfeiriad arall. Pan fydd y cerrynt yn disgyn yn gyflym, mae'r deuod yn colli ei allu blocio gwrthdro am gyfnod o amser a elwir yn amser adfer gwrthdro. mae yna hefyd gyfnod o amser pan fydd angen i'r gyffordd PN ddargludo'n gyflym ac nad yw'n dangos ymwrthedd isel iawn. Unwaith y bydd chwistrelliad ymlaen i'r deuod mewn MOSFET pŵer, mae'r cludwyr lleiafrifol a chwistrellir hefyd yn ychwanegu at gymhlethdod y MOSFET fel dyfais amltronig.

Mae cysylltiad agos rhwng amodau dros dro ac amodau llinell, a dylid rhoi digon o sylw i'r agwedd hon yn y cais. Mae'n bwysig cael gwybodaeth fanwl am y ddyfais er mwyn hwyluso dealltwriaeth a dadansoddiad o'r problemau cyfatebol.