Pangkalahatang-ideya ng MOSFET

Ang Power MOSFET ay nahahati din sa uri ng junction at insulated gate type, ngunit kadalasan ay pangunahing tumutukoy sa insulated gate type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), na tinutukoy bilang power MOSFET (Power MOSFET). Ang uri ng junction power field effect transistor ay karaniwang tinatawag na electrostatic induction transistor (Static Induction Transistor - SIT). Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng boltahe ng gate upang makontrol ang kasalukuyang alisan ng tubig, ang drive circuit ay simple, nangangailangan ng kaunting kapangyarihan ng drive, mabilis na bilis ng paglipat, mataas na dalas ng pagpapatakbo, ang thermal stability ay mas mahusay kaysa saGTR, ngunit ang kasalukuyang kapasidad nito ay maliit, mababang boltahe, sa pangkalahatan ay nalalapat lamang sa kapangyarihan na hindi hihigit sa 10kW ng mga power electronic device.

1. Power MOSFET istraktura at operating prinsipyo

Mga uri ng Power MOSFET: ayon sa conductive channel ay maaaring nahahati sa P-channel at N-channel. Ayon sa gate boltahe amplitude ay maaaring nahahati sa; uri ng pagkaubos; kapag ang gate boltahe ay zero kapag ang alisan ng tubig-source poste sa pagitan ng pagkakaroon ng isang pagsasagawa ng channel, pinahusay; para sa aparato ng N (P) channel, ang boltahe ng gate ay mas malaki kaysa sa (mas mababa sa) zero bago ang pagkakaroon ng isang conducting channel, ang kapangyarihan ng MOSFET ay pangunahing pinahusay na N-channel.

1.1 KapangyarihanMOSFETistraktura　　

Power MOSFET panloob na istraktura at mga de-koryenteng simbolo; Ang pagpapadaloy nito ay isang polarity carrier lamang (polys) na kasangkot sa conductive, ay isang unipolar transistor. Ang mekanismo ng pagsasagawa ay pareho sa mababang-kapangyarihan na MOSFET, ngunit ang istraktura ay may malaking pagkakaiba, ang mababang-kapangyarihan na MOSFET ay isang pahalang na conductive device, ang kapangyarihan ng MOSFET sa karamihan ng vertical conductive structure, na kilala rin bilang VMOSFET (Vertical MOSFET) , na lubos na nagpapabuti sa boltahe ng MOSFET device at kasalukuyang makatiis na kakayahan.

Ayon sa mga pagkakaiba sa vertical conductive structure, ngunit nahahati din sa paggamit ng V-shaped groove upang makamit ang vertical conductivity ng VVMOSFET at may vertical conductive double-diffused MOSFET na istraktura ng VDMOSFET (Vertical Double-diffusedMOSFET), ang papel na ito ay pangunahing tinalakay bilang isang halimbawa ng mga VDMOS device.

Mga Power MOSFET para sa maramihang pinagsama-samang istraktura, tulad ng International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET gamit ang isang hexagonal unit; Siemens (Siemens) SIPMOSFET gamit ang square unit; Motorola (Motorola) TMOS gamit ang isang parihabang unit sa pamamagitan ng "Pin" shape arrangement.

1.2 Prinsipyo ng operasyon ng Power MOSFET

Cut-off: sa pagitan ng mga drain-source pole kasama ang positibong power supply, ang gate-source pole sa pagitan ng boltahe ay zero. p base rehiyon at N drift rehiyon nabuo sa pagitan ng PN junction J1 reverse bias, walang kasalukuyang daloy sa pagitan ng alisan ng tubig-source pole.

Conductivity: Sa pamamagitan ng isang positibong boltahe na UGS na inilapat sa pagitan ng mga terminal ng gate-source, ang gate ay insulated, kaya walang gate kasalukuyang daloy. Gayunpaman, itutulak ng positibong boltahe ng gate ang mga butas sa P-region sa ibaba nito, at aakitin ang mga oligons-electron sa P-region sa ibabaw ng P-region sa ibaba ng gate kapag ang UGS ay mas malaki kaysa sa UT (turn-on boltahe o threshold boltahe), ang konsentrasyon ng mga electron sa ibabaw ng P-rehiyon sa ilalim ng gate ay magiging higit pa sa konsentrasyon ng mga butas, upang ang P-type na semiconductor ay nabaligtad sa isang N-type at maging isang baligtad na layer, at ang baligtad na layer ay bumubuo ng isang N-channel at ginagawang ang PN junction na J1 ay nawawala, nag-drain at source na conductive.

1.3 Pangunahing Katangian ng mga Power MOSFET

1.3.1 Mga Static na Katangian.

Ang ugnayan sa pagitan ng drain current ID at boltahe UGS sa pagitan ng gate source ay tinatawag na transfer characteristic ng MOSFET, ID ay mas malaki, ang relasyon sa pagitan ng ID at UGS ay humigit-kumulang linear, at ang slope ng curve ay tinukoy bilang transconductance Gfs .

Ang mga katangian ng drain volt-ampere (mga katangian ng output) ng MOSFET: rehiyon ng cutoff (naaayon sa rehiyon ng cutoff ng GTR); rehiyon ng saturation (naaayon sa rehiyon ng amplification ng GTR); non-saturation region (naaayon sa saturation region ng GTR). Gumagana ang power MOSFET sa switching state, ibig sabihin, nagpapalipat-lipat ito sa pagitan ng cutoff na rehiyon at ng non-saturation na rehiyon. Ang power MOSFET ay mayroong parasitic diode sa pagitan ng drain-source terminals, at ang device ay gumagana kapag ang reverse voltage ay inilapat sa pagitan ng drain-source terminal. Ang on-state na resistensya ng power MOSFET ay may positibong koepisyent ng temperatura, na kanais-nais para sa pagpantay-pantay ng kasalukuyang kapag ang mga aparato ay konektado nang magkatulad.

1.3.2 Dynamic na Katangian;

ang test circuit at switching process waveform nito.

Ang proseso ng pag-on; oras ng pagkaantala sa pag-on td(on) - ang yugto ng panahon sa pagitan ng sandali ng unahan at ang sandali kung kailan nagsimulang lumitaw ang uGS = UT at iD; oras ng pagtaas tr- ang yugto ng panahon kung kailan tumataas ang uGS mula sa uT patungo sa boltahe ng gate UGSP kung saan ang MOSFET ay pumapasok sa hindi puspos na rehiyon; ang steady state value ng iD ay tinutukoy ng drain supply voltage, UE, at ang drain Ang magnitude ng UGSP ay nauugnay sa steady state value ng iD. Pagkatapos maabot ng UGS ang UGSP, patuloy itong tumataas sa ilalim ng pagkilos ng hanggang sa umabot ito sa steady state, ngunit hindi nagbabago ang iD. Oras ng pag-on tonelada-Kabuuan ng oras ng pagkaantala sa pag-on at oras ng pagtaas.

Off delay time td(off) -Ang yugto ng panahon kung kailan ang iD ay nagsimulang bumaba sa zero mula sa oras na pataas ay bumaba sa zero, ang Cin ay na-discharge sa pamamagitan ng Rs at RG, at ang uGS ay bumaba sa UGSP ayon sa isang exponential curve.

Falling time tf- Ang yugto ng panahon mula nang patuloy na bumaba ang uGS mula sa UGSP at bumababa ang iD hanggang sa mawala ang channel sa uGS < UT at bumaba ang ID sa zero. Turn-off time toff- Ang kabuuan ng turn-off delay time at ang fall time.

1.3.3 bilis ng paglipat ng MOSFET.

Ang bilis ng paglipat ng MOSFET at Cin charging at discharging ay may isang mahusay na relasyon, ang gumagamit ay hindi maaaring bawasan ang Cin, ngunit maaaring mabawasan ang pagmamaneho circuit panloob na pagtutol Rs upang mabawasan ang oras pare-pareho, upang mapabilis ang paglipat ng bilis, MOSFET lamang umaasa sa polytronic kondaktibiti, walang oligotronic storage effect, at sa gayon ang proseso ng pagsara ay napakabilis, ang oras ng paglipat ng 10-100ns, ang dalas ng pagpapatakbo ay maaaring hanggang sa 100kHz o higit pa, ay ang pinakamataas sa pangunahing kapangyarihan ng mga elektronikong aparato.

Ang mga device na kinokontrol sa field ay nangangailangan ng halos walang input current habang nakapahinga. Gayunpaman, sa panahon ng proseso ng paglipat, ang input capacitor ay kailangang singilin at i-discharge, na nangangailangan pa rin ng isang tiyak na halaga ng kapangyarihan sa pagmamaneho. Kung mas mataas ang dalas ng paglipat, mas malaki ang kinakailangang lakas ng drive.

1.4 Dynamic na pagpapabuti ng pagganap

Bilang karagdagan sa application ng aparato upang isaalang-alang ang boltahe ng aparato, kasalukuyang, dalas, ngunit dapat ding master sa application ng kung paano protektahan ang aparato, hindi upang gawin ang aparato sa lumilipas na mga pagbabago sa pinsala. Syempre ang thyristor ay kumbinasyon ng dalawang bipolar transistors, kasama ng malaking capacitance dahil sa malaking lugar, kaya mas vulnerable ang dv/dt capability nito. Para sa di/dt mayroon din itong pinahabang problema sa rehiyon ng pagpapadaloy, kaya nagpapataw din ito ng medyo matinding limitasyon.

Ang kaso ng kapangyarihan MOSFET ay medyo iba. Ang kakayahan nitong dv/dt at di/dt ay kadalasang tinatantya sa mga tuntunin ng kakayahan sa bawat nanosecond (sa halip na bawat microsecond). Ngunit sa kabila nito, mayroon itong mga dynamic na limitasyon sa pagganap. Ang mga ito ay mauunawaan sa mga tuntunin ng pangunahing istraktura ng isang power MOSFET.

Ang istraktura ng isang power MOSFET at ang katumbas nitong katumbas na circuit. Bilang karagdagan sa kapasidad sa halos bawat bahagi ng aparato, dapat itong isaalang-alang na ang MOSFET ay may isang diode na konektado sa parallel. Mula sa isang tiyak na punto ng view, mayroon ding isang parasitic transistor. (Tulad ng isang IGBT ay mayroon ding parasitic thyristor). Ito ay mahalagang mga kadahilanan sa pag-aaral ng dynamic na pag-uugali ng mga MOSFET.

Una sa lahat ang intrinsic diode na nakakabit sa istraktura ng MOSFET ay may ilang kakayahan sa avalanche. Ito ay karaniwang ipinahayag sa mga tuntunin ng solong kakayahan ng avalanche at paulit-ulit na kakayahan ng avalanche. Kapag malaki ang reverse di/dt, ang diode ay sasailalim sa napakabilis na pulse spike, na may potensyal na pumasok sa rehiyon ng avalanche at posibleng makapinsala sa device kapag nalampasan na ang kakayahan nito sa avalanche. Tulad ng anumang PN junction diode, ang pagsusuri sa mga dynamic na katangian nito ay medyo kumplikado. Ang mga ito ay ibang-iba mula sa simpleng konsepto ng isang PN junction na nagsasagawa sa pasulong na direksyon at pagharang sa reverse na direksyon. Kapag mabilis na bumaba ang kasalukuyang, nawawala ang reverse blocking ng diode sa loob ng isang panahon na kilala bilang reverse recovery time. mayroon ding isang yugto ng panahon kung kailan ang PN junction ay kinakailangang magsagawa ng mabilis at hindi nagpapakita ng napakababang pagtutol. Sa sandaling magkaroon ng forward injection sa diode sa isang power MOSFET, ang mga minority carrier na na-injected ay nagdaragdag din sa pagiging kumplikado ng MOSFET bilang isang multitronic device.

Ang mga lumilipas na kondisyon ay malapit na nauugnay sa mga kondisyon ng linya, at ang aspetong ito ay dapat bigyan ng sapat na pansin sa aplikasyon. Mahalagang magkaroon ng malalim na kaalaman sa device upang mapadali ang pag-unawa at pagsusuri sa mga kaukulang problema.