MOSFET-ի ակնարկ

Power MOSFET-ը նույնպես բաժանվում է հանգույցի տեսակի և մեկուսացված դարպասի տիպի, բայց սովորաբար վերաբերում է մեկուսացված դարպասի MOSFET տիպին (Metal Oxide Semiconductor FET), որը կոչվում է ուժային MOSFET (Power MOSFET): Միացման տիպի ուժային դաշտի ազդեցության տրանզիստորը սովորաբար կոչվում է էլեկտրաստատիկ ինդուկցիոն տրանզիստոր (Static Induction Transistor - SIT): Այն բնութագրվում է արտահոսքի հոսանքը կառավարելու դարպասի լարմամբ, շարժիչի միացումը պարզ է, պահանջում է փոքր շարժիչ ուժ, արագ միացման արագություն, բարձր աշխատանքային հաճախականություն, ջերմային կայունությունը ավելի լավ է, քանGTR, բայց դրա ընթացիկ հզորությունը փոքր է, ցածր լարման, հիմնականում վերաբերում է միայն 10 կՎտ հզորությամբ էլեկտրոնային սարքերի հզորությանը:

1. Power MOSFET կառուցվածքը և շահագործման սկզբունքը

Power MOSFET տեսակները. ըստ հաղորդիչ ալիքի կարելի է բաժանել P-ալիքի և N-ալիքի: Ըստ դարպասի լարման ամպլիտուդը կարելի է բաժանել. սպառման տեսակը; երբ դարպասի լարումը զրոյական է, երբ ջրահեռացման աղբյուրի բևեռը հաղորդիչ ալիքի գոյության միջև ուժեղացված է. N (P) ալիքի սարքի համար դարպասի լարումը մեծ է (պակաս) զրոյից մինչև հաղորդիչ ալիքի առկայությունը, MOSFET-ի հզորությունը հիմնականում ուժեղացված է N-ալիքով:

1.1 ՀզորությունՄՈՍՖԵՏկառուցվածքը　　

Power MOSFET-ի ներքին կառուցվածքը և էլեկտրական նշանները; դրա անցկացումը միայն մեկ բևեռականության կրիչ (պոլիս), որը ներգրավված է հաղորդիչի մեջ, միաբևեռ տրանզիստոր է: Հաղորդման մեխանիզմը նույնն է, ինչ ցածր էներգիայի MOSFET-ը, բայց կառուցվածքը մեծ տարբերություն ունի, ցածր էներգիայի MOSFET-ը հորիզոնական հաղորդիչ սարք է, հզորության MOSFET-ը ուղղահայաց հաղորդիչ կառուցվածքի մեծ մասը, որը նաև հայտնի է որպես VMOSFET (Ուղղահայաց MOSFET) , ինչը մեծապես բարելավում է MOSFET սարքի լարման և հոսանքի դիմադրողականությունը:

Ըստ ուղղահայաց հաղորդիչ կառուցվածքի տարբերությունների, բայց նաև բաժանվում է V-աձև ակոսի օգտագործման՝ VVMOSFET-ի ուղղահայաց հաղորդունակության հասնելու համար և ունի VDMOSFET-ի ուղղահայաց հաղորդիչ կրկնակի ցրված MOSFET կառուցվածք (Ուղղահայաց կրկնակի ցրված):ՄՈՍՖԵՏ), այս հոդվածը հիմնականում քննարկվում է որպես VDMOS սարքերի օրինակ։

Էլեկտրաէներգիայի MOSFET-ներ բազմակի ինտեգրված կառուցվածքի համար, օրինակ՝ Միջազգային ուղղիչ (Միջազգային ուղղիչ) HEXFET՝ օգտագործելով վեցանկյուն միավոր; Siemens (Siemens) SIPMOSFET օգտագործելով քառակուսի միավոր; Motorola (Motorola) TMOS՝ ​​օգտագործելով ուղղանկյուն միավոր «Pin» ձևի դասավորությամբ:

1.2 Power MOSFET-ի աշխատանքի սկզբունքը

Անջատում. արտահոսքի աղբյուրի բևեռների և դրական էներգիայի մատակարարման միջև, լարման միջև դարպասի աղբյուրի բևեռները զրո են: p բազային շրջան և N դրեյֆ շրջան, որը ձևավորվել է PN հանգույցի J1 հակադարձ կողմնակալության միջև, արտահոսքի աղբյուրի բևեռների միջև ընթացիկ հոսք չկա:

Հաղորդունակություն. Դարպասի աղբյուրի տերմինալների միջև կիրառվող դրական լարման UGS-ի դեպքում դարպասը մեկուսացված է, ուստի դարպասի հոսանք չի հոսում: Այնուամենայնիվ, դարպասի դրական լարումը կհեռացնի իր տակ գտնվող P-տարածաշրջանի անցքերը և կներգրավի P-տարածաշրջանի օլիգոն-էլեկտրոնները դարպասի տակ գտնվող P-տարածաշրջանի մակերեսին, երբ UGS-ն ավելի մեծ է, քան UT (միացման լարման կամ շեմային լարման), էլեկտրոնների կոնցենտրացիան դարպասի տակ գտնվող P-տարածաշրջանի մակերեսին ավելի շատ կլինի, քան անցքերի կոնցենտրացիան, այնպես, որ P-տիպի կիսահաղորդիչը շրջվել է N- տիպի մեջ և վերածվել շրջված շերտի, իսկ շրջված շերտը ձևավորում է N-ալիք և դարձնում PN հանգույցը J1-ի անհետացումը, արտահոսքը և աղբյուրը հաղորդիչ:

1.3 Power MOSFET-ների հիմնական բնութագրերը

1.3.1 Ստատիկ բնութագրեր.

Դրենաժային հոսանքի ID-ի և դարպասի աղբյուրի միջև լարման UGS-ի միջև կապը կոչվում է MOSFET-ի փոխանցման հատկանիշ, ID-ն ավելի մեծ է, ID-ի և UGS-ի միջև կապը մոտավորապես գծային է, իսկ կորի թեքությունը սահմանվում է որպես Gfs հաղորդունակություն: .

MOSFET-ի արտահոսքի վոլտ-ամպերի բնութագրերը (ելքային բնութագրերը). հագեցվածության շրջան (համապատասխանում է GTR-ի ուժեղացման շրջանին); չհագեցված շրջան (համապատասխանում է GTR-ի հագեցվածության շրջանին): Էլեկտրաէներգիայի MOSFET-ը գործում է միացման վիճակում, այսինքն՝ այն հետ ու առաջ անցնում է անջատման շրջանի և չհագեցված շրջանի միջև: Էլեկտրաէներգիայի MOSFET-ն ունի մակաբույծ դիոդ արտահոսքի աղբյուրի տերմինալների միջև, և սարքը վարում է, երբ հակադարձ լարումը կիրառվում է արտահոսքի աղբյուրի տերմինալների միջև: Էլեկտրաէներգիայի MOSFET-ի կայուն դիմադրությունն ունի դրական ջերմաստիճանի գործակից, որը բարենպաստ է հոսանքը հավասարեցնելու համար, երբ սարքերը զուգահեռ միացված են:

1.3.2 Դինամիկ բնութագրում;

դրա փորձարկման սխեման և միացման գործընթացի ալիքային ձևերը:

Միացման գործընթացը; միացման հետաձգման ժամանակ td(on) - առջևի պահի և այն պահի միջև, երբ uGS = UT և iD-ն սկսում են հայտնվել; բարձրացման ժամանակ tr- այն ժամանակաշրջանը, երբ uGS-ը բարձրանում է uT-ից մինչև դարպասի լարման UGSP, որի դեպքում MOSFET-ը մտնում է ոչ հագեցած շրջան. iD-ի կայուն վիճակի արժեքը որոշվում է արտահոսքի մատակարարման լարման, UE-ի և արտահոսքի միջոցով: UGSP-ի մեծությունը կապված է iD-ի կայուն վիճակի արժեքի հետ: UGS-ը UGSP-ին հասնելուց հետո այն շարունակում է բարձրանալ մինչև գործողության տակ մինչև կայուն վիճակի հասնելը, բայց iD-ն անփոփոխ է: Միացման ժամանակը տոննա-Միացման հետաձգման և բարձրացման ժամանակի գումարը:

Անջատման հետաձգման ժամանակ td(off) - Ժամանակահատվածը, երբ iD-ն սկսում է զրոյի իջեցնել այն պահից, երբ զրոյի է ընկնում, Cin-ը լիցքաթափվում է Rs-ի և RG-ի միջոցով, իսկ uGS-ն ընկնում է UGSP-ին՝ ըստ էքսպոնենցիալ կորի:

Falling time tf- Ժամանակահատվածը, երբ uGS-ը շարունակում է ընկնել UGSP-ից և iD-ից, նվազում է մինչև ալիքը անհետանում է uGS < UT-ում, իսկ ID-ն ընկնում է զրոյի: Անջատման ժամանակ անջատում- Անջատման հետաձգման և անկման ժամանակի գումարը:

1.3.3 MOSFET-ի միացման արագություն:

MOSFET-ի միացման արագությունը և Cin-ի լիցքավորումն ու լիցքաթափումը մեծ փոխհարաբերություններ ունեն, օգտագործողը չի կարող նվազեցնել Cin-ը, բայց կարող է նվազեցնել շարժիչ շղթայի ներքին դիմադրությունը Rs՝ ժամանակի հաստատունը նվազեցնելու համար, միացման արագությունը արագացնելու համար, MOSFET-ը հիմնվում է միայն պոլիտրոնային հաղորդունակության վրա, չկա օլիգոտրոնիկ պահեստավորման էֆեկտ, և, հետևաբար, անջատման գործընթացը շատ արագ է, միացման ժամանակը 10-100 վրկ է, գործառնական հաճախականությունը կարող է լինել մինչև 100 կՀց կամ ավելի, հիմնական հզորության էլեկտրոնային սարքերից ամենաբարձրն է:

Դաշտով կառավարվող սարքերը գրեթե չեն պահանջում մուտքային հոսանք հանգիստ վիճակում: Այնուամենայնիվ, միացման գործընթացում մուտքային կոնդենսատորը պետք է լիցքավորվի և լիցքաթափվի, ինչը դեռ պահանջում է որոշակի քանակությամբ շարժիչ ուժ: Որքան բարձր է անջատման հաճախականությունը, այնքան մեծ է պահանջվող շարժիչ ուժը:

1.4 Դինամիկ կատարողականի բարելավում

Ի հավելումն սարքի հավելվածի՝ հաշվի առնել սարքի լարումը, ընթացիկը, հաճախականությունը, այլ նաև պետք է տիրապետել կիրառմանը, թե ինչպես պաշտպանել սարքը, որպեսզի սարքը չդարձնի վնասի ժամանակավոր փոփոխությունները: Իհարկե, թրիստորը երկու երկբևեռ տրանզիստորների համակցություն է, որոնք զուգորդվում են մեծ հզորությամբ՝ մեծ տարածքի պատճառով, ուստի նրա dv/dt հնարավորությունն ավելի խոցելի է: Di/dt-ի համար այն նաև ունի ընդլայնված անցկացման շրջանի խնդիր, ուստի այն նաև բավականին լուրջ սահմանափակումներ է դնում:

Հզոր MOSFET-ի դեպքը բոլորովին այլ է: Դրա dv/dt և di/dt հնարավորությունները հաճախ գնահատվում են մեկ նանվայրկյանում (այլ ոչ թե մեկ միկրովայրկյան) ունակությամբ: Բայց չնայած դրան, այն ունի կատարողականի դինամիկ սահմանափակումներ: Սրանք կարելի է հասկանալ հզոր MOSFET-ի հիմնական կառուցվածքի տեսանկյունից:

Հզոր MOSFET-ի կառուցվածքը և դրա համապատասխան սխեման: Բացի սարքի գրեթե բոլոր մասերի հզորությունից, պետք է հաշվի առնել, որ MOSFET-ն ունի զուգահեռ միացված դիոդ: Որոշակի տեսանկյունից կա նաև մակաբույծ տրանզիստոր։ (Ինչպես IGBT-ն ունի նաև մակաբույծ թրիստոր): Սրանք կարևոր գործոններ են MOSFET-ների դինամիկ վարքագծի ուսումնասիրության համար:

Առաջին հերթին MOSFET-ի կառուցվածքին կցված ներքին դիոդն ունի ավալանշի որոշակի հնարավորություն: Սա սովորաբար արտահայտվում է մեկ ավալանշի ունակության և կրկնվող ավալանշի հնարավորության տեսքով: Երբ հակադարձ di/dt-ը մեծ է, դիոդը ենթարկվում է շատ արագ զարկերակային բարձրացման, որը կարող է մտնել ավալանշի շրջան և պոտենցիալ վնասել սարքը, երբ գերազանցում է դրա հնարավորությունը: Ինչպես ցանկացած PN հանգույցի դիոդի դեպքում, դրա դինամիկ բնութագրերի մանրամասն ուսումնասիրությունը բավականին բարդ է: Նրանք շատ են տարբերվում PN հանգույցի պարզ հայեցակարգից, որն անցկացվում է առաջ և հակառակ ուղղությամբ արգելափակում: Երբ հոսանքն արագորեն իջնում ​​է, դիոդը կորցնում է իր հակադարձ արգելափակման հնարավորությունը որոշակի ժամանակահատվածում, որը հայտնի է որպես հակադարձ վերականգնման ժամանակ: կա նաև ժամանակաշրջան, երբ PN հանգույցից պահանջվում է արագ վարվել և շատ ցածր դիմադրություն ցույց չի տալիս: Հենց էլեկտրական MOSFET-ում դիոդի մեջ առաջ ներարկում կա, ներարկվող փոքրամասնության կրիչները նույնպես ավելացնում են MOSFET-ի բարդությունը որպես բազմատրոնիկ սարք:

Անցումային պայմանները սերտորեն կապված են գծային պայմանների հետ, և այս ասպեկտին պետք է բավականաչափ ուշադրություն հատկացվի հայտում: Կարևոր է սարքի մասին խորը գիտելիքներ ունենալ՝ համապատասխան խնդիրների ըմբռնումն ու վերլուծությունը հեշտացնելու համար: