Pregled MOSFET

Močnostni MOSFET je prav tako razdeljen na tip stičišča in tip izoliranih vrat, vendar se običajno večinoma nanaša na tip MOSFET z izoliranimi vrati (polprevodniški FET s kovinskim oksidom), imenovan močnostni MOSFET (močni MOSFET). Spojni tranzistor z učinkom polja se na splošno imenuje elektrostatični indukcijski tranzistor (statični indukcijski tranzistor - SIT). Zanj je značilna napetost vrat za nadzor odtočnega toka, pogonsko vezje je preprosto, zahteva malo pogonske moči, hitra preklopna hitrost, visoka delovna frekvenca, toplotna stabilnost je boljša odGTR, vendar je njegova trenutna zmogljivost majhna, nizka napetost, na splošno velja samo za močnostne elektronske naprave z močjo največ 10 kW.

1. Struktura močnostnega MOSFET-a in princip delovanja

Vrste močnostnih MOSFET: glede na prevodni kanal lahko razdelimo na P-kanal in N-kanal. Glede na amplitudo napetosti vrat lahko razdelimo na; vrsta izčrpavanja; ko je napetost na vratih enaka nič, ko je pol odtoka-vira med obstojem prevodnega kanala, okrepljen; za N (P) kanalsko napravo je napetost vrat večja od (manjša od) nič pred obstojem prevodnega kanala, močnostni MOSFET je v glavnem izboljšan z N-kanalom.

1.1 MočMOSFETstruktura　　

notranja struktura močnostnega MOSFET-a in električni simboli; njegova prevodnost le en nosilec polarnosti (polis), ki sodeluje pri prevodnosti, je unipolarni tranzistor. Prevodni mehanizem je enak kot MOSFET z nizko močjo, vendar ima struktura veliko razliko, MOSFET z nizko močjo je vodoravna prevodna naprava, močnostni MOSFET je večina navpične prevodne strukture, znane tudi kot VMOSFET (Vertikalni MOSFET) , ki močno izboljša zmogljivost naprave MOSFET za napetost in tok.

Glede na razlike v navpični prevodni strukturi, vendar je razdeljen tudi na uporabo utora v obliki črke V za doseganje navpične prevodnosti VVMOSFET in ima navpično prevodno dvojno razpršeno MOSFET strukturo VDMOSFET (navpično dvojno razpršenoMOSFET), ta dokument je v glavnem obravnavan kot primer naprav VDMOS.

Napajalni MOSFET-ji za več integriranih struktur, kot je mednarodni usmernik (International Rectifier) ​​HEXFET z uporabo šesterokotne enote; Siemens (Siemens) SIPMOSFET z uporabo kvadratne enote; Motorola (Motorola) TMOS z uporabo pravokotne enote z razporeditvijo oblike "Pin".

1.2 Načelo delovanja močnostnega MOSFET-a

Prekinitev: med poloma odtok-izvor in pozitivnim napajalnikom je napetost med poloma vrat-izvora enaka nič. bazno območje p in območje odmika N, oblikovano med povratno prednapetostjo PN spoja J1, ni toka med poloma odtok-izvor.

Prevodnost: s pozitivno napetostjo UGS, ki se uporablja med priključkoma izvora in vrat, so vrata izolirana, tako da tok vrat ne teče. Vendar pa bo pozitivna napetost vrat potisnila luknje v P-regiji pod njimi in pritegnila oligone-elektrone v P-regiji na površino P-regije pod vrati, ko je UGS večji od UT (vklopna napetost ali napetost praga), bo koncentracija elektronov na površini P-regije pod vrati večja od koncentracije lukenj, tako da P-tip polprevodnik obrnjen v tip N in postane obrnjena plast, obrnjena plast pa tvori N-kanal in povzroči, da PN spoj J1 izgine, odtok in vir sta prevodna.

1.3 Osnovne značilnosti močnostnih MOSFET-jev

1.3.1 Statične značilnosti.

Razmerje med odtočnim tokom ID in napetostjo UGS med izvorom vrat se imenuje prenosna karakteristika MOSFET-a, ID je večji, razmerje med ID in UGS je približno linearno, naklon krivulje pa je opredeljen kot transprevodnost Gfs .

Odtočne volt-amperske karakteristike (izhodne karakteristike) MOSFET-a: mejno območje (ustreza mejnemu območju GTR); območje nasičenosti (ki ustreza območju ojačanja GTR); območje nenasičenosti (ki ustreza območju nasičenosti GTR). Močnostni MOSFET deluje v preklopnem stanju, tj. preklaplja naprej in nazaj med mejnim območjem in območjem nenasičenosti. Močnostni MOSFET ima parazitsko diodo med priključkoma odvod-izvor in naprava prevaja, ko je med priključkoma odvod-izvor uporabljena obratna napetost. Upornost v stanju močnosti MOSFET ima pozitiven temperaturni koeficient, kar je ugodno za izenačitev toka, ko so naprave povezane vzporedno.

1.3.2 Dinamična karakterizacija;

njegovo preskusno vezje in valovne oblike preklopnega procesa.

Postopek vklopa; čas zakasnitve vklopa td(on) - časovno obdobje med trenutkom vklopa in trenutkom, ko se začneta prikazovati uGS = UT in iD; čas vzpona tr- časovno obdobje, ko uGS naraste od uT do napetosti vrat UGSP, pri kateri MOSFET vstopi v nenasičeno območje; vrednost stabilnega stanja iD je določena z napajalno napetostjo odtoka, UE, in odtokom. Velikost UGSP je povezana z vrednostjo stabilnega stanja iD. Ko UGS doseže UGSP, še naprej narašča pod vplivom up, dokler ne doseže stabilnega stanja, vendar je iD nespremenjen. Čas vklopa ton-vsota časa zakasnitve vklopa in časa vzpona.

Čas zakasnitve izklopa td(off) - Časovno obdobje, ko se iD začne zmanjševati na nič od časa navzgor, pade na nič, Cin se izprazni skozi Rs in RG, uGS pa pade na UGSP v skladu z eksponentno krivuljo.

Čas padanja tf- Časovno obdobje, od katerega uGS še naprej pada z UGSP in se iD zmanjšuje, dokler kanal ne izgine pri uGS < UT in ID pade na nič. Čas izklopa toff- vsota časa zakasnitve izklopa in časa padca.

1.3.3 MOSFET preklopna hitrost.

Hitrost preklopa MOSFET ter polnjenje in praznjenje Cin imata odlično razmerje, uporabnik ne more zmanjšati Cin, lahko pa zmanjša notranji upor pogonskega vezja Rs, da zmanjša časovno konstanto, da pospeši hitrost preklopa, MOSFET se zanaša samo na politronsko prevodnost, ni oligotronskega pomnilniškega učinka, zato je proces zaustavitve zelo hiter, preklopni čas 10-100ns, delovna frekvenca je lahko do 100kHz oz. več, je najvišja med glavnimi močnostnimi elektronskimi napravami.

Naprave s terenskim nadzorom skoraj ne potrebujejo vhodnega toka v mirovanju. Vendar je treba med postopkom preklapljanja vhodni kondenzator napolniti in izprazniti, kar še vedno zahteva določeno količino pogonske moči. Višja kot je preklopna frekvenca, večja je potrebna pogonska moč.

1.4 Izboljšanje dinamične zmogljivosti

Poleg uporabe naprave je treba upoštevati napetost, tok, frekvenco naprave, vendar je treba pri uporabi tudi obvladati, kako zaščititi napravo, da ne povzroči prehodnih sprememb v škodi naprave. Seveda je tiristor kombinacija dveh bipolarnih tranzistorjev, skupaj z veliko kapacitivnostjo zaradi velike površine, zato je njegova zmožnost dv/dt bolj ranljiva. Za di/dt ima tudi problem razširjenega prevodnega območja, zato nalaga tudi precej stroge omejitve.

Primer močnostnega MOSFET-a je precej drugačen. Njegova zmožnost dv/dt in di/dt se pogosto ocenjuje kot zmogljivost na nanosekundo (namesto na mikrosekundo). Toda kljub temu ima dinamične omejitve zmogljivosti. Te je mogoče razumeti v smislu osnovne strukture močnostnega MOSFET-a.

Struktura močnostnega MOSFET-a in njegovega ustreznega ekvivalentnega vezja. Poleg kapacitivnosti v skoraj vseh delih naprave je treba upoštevati, da ima MOSFET vzporedno priključeno diodo. Z določenega vidika obstaja tudi parazitski tranzistor. (Tako kot ima IGBT tudi parazitni tiristor). To so pomembni dejavniki pri preučevanju dinamičnega obnašanja MOSFET-jev.

Prvič, intrinzična dioda, pritrjena na strukturo MOSFET, ima nekaj plazovitih zmožnosti. To je običajno izraženo z zmogljivostjo posameznega plazu in zmogljivostjo ponavljajočega se plazu. Ko je povratni di/dt velik, je dioda izpostavljena zelo hitremu impulznemu skoku, ki lahko vstopi v območje plazov in potencialno poškoduje napravo, ko je njena zmogljivost plazov presežena. Kot pri kateri koli PN spojni diodi je natančno preučevanje njenih dinamičnih značilnosti precej zapleteno. Zelo se razlikujejo od preprostega koncepta spoja PN, ki vodi v smeri naprej in blokira v smeri nazaj. Ko tok hitro pade, dioda izgubi zmožnost povratnega blokiranja za obdobje, ki je znano kot čas povratne obnovitve. obstaja tudi obdobje, ko mora PN spoj hitro prevajati in ne kaže zelo nizkega upora. Ko pride do vbrizgavanja naprej v diodo v močnem MOSFET-u, vbrizgani manjšinski nosilci prav tako prispevajo k kompleksnosti MOSFET-a kot naprave multitronic.

Prehodni pogoji so tesno povezani s stanjem na liniji, zato je treba temu vidiku v aplikaciji posvetiti dovolj pozornosti. Pomembno je poglobljeno poznavanje naprave, da bi olajšali razumevanje in analizo ustreznih težav.