MOSFET шолуы

Power MOSFET сонымен қатар қосылыс түріне және оқшауланған қақпа түріне бөлінеді, бірақ әдетте MOSFET (металл оксиді жартылай өткізгіш FET) оқшауланған қақпа түріне жатады, ол қуат MOSFET (қуат MOSFET) деп аталады. Қосылу түрі қуат өрісінің әсер ету транзисторы әдетте электростатикалық индукциялық транзистор деп аталады (Статикалық индукциялық транзистор - SIT). Ол дренаждық токты басқаруға арналған қақпа кернеуімен сипатталады, жетек тізбегі қарапайым, аз жетек қуатын қажет етеді, жылдам ауысу жылдамдығы, жоғары жұмыс жиілігі, жылу тұрақтылығыGTR, бірақ оның ағымдағы қуаты шағын, кернеуі төмен, әдетте тек 10 кВт-тан аспайтын қуатты электронды құрылғылардың қуатына қолданылады.

1. Power MOSFET құрылымы және жұмыс принципі

Қуат MOSFET түрлері: өткізгіш арна бойынша P-арна және N-арна бөлуге болады. Қақпаға сәйкес кернеу амплитудасын бөлуге болады; сарқылу түрі; ысырма кернеуі нөлге тең болғанда ағынды-көзінің полюсі өткізгіш арнаның болуы кезінде күшейтілген; N (P) арналы құрылғы үшін өткізгіш арнаның болуы алдында қақпа кернеуі нөлден үлкен (кем) болады, MOSFET қуаты негізінен N-арнасы күшейтілген.

1.1 ҚуатMOSFETқұрылымы　　

Power MOSFET ішкі құрылымы және электрлік белгілер; оның өткізгіштігі тек бір полярлық тасымалдаушы (полис) өткізгішке қатысатын, бірполярлы транзистор болып табылады. Өткізгіш механизмі төмен қуатты MOSFET сияқты, бірақ құрылымында үлкен айырмашылық бар, төмен қуатты MOSFET көлденең өткізгіш құрылғы, қуатты MOSFET тік өткізгіш құрылымның көп бөлігі, сондай-ақ VMOSFET (тік MOSFET) деп те аталады. , бұл MOSFET құрылғысының кернеуі мен токқа төзімділігін айтарлықтай жақсартады.

Тік өткізгіш құрылымының айырмашылығына сәйкес, сонымен қатар VVMOSFET тік өткізгіштігіне қол жеткізу үшін V-тәрізді ойықты қолдануға бөлінеді және VDMOSFET-тің тік өткізгіш қос диффузиялық MOSFET құрылымына ие (Vertical Double-diffused)MOSFET), бұл құжат негізінен VDMOS құрылғыларының мысалы ретінде талқыланады.

Алтыбұрышты қондырғыны пайдаланатын Халықаралық түзеткіш (халықаралық түзеткіш) HEXFET сияқты бірнеше біріктірілген құрылымға арналған қуат MOSFET; шаршы бірлігін пайдалана отырып Siemens (Siemens) SIPMOSFET; Motorola (Motorola) TMOS "Pin" пішінді орналасуы бойынша тікбұрышты блокты пайдаланады.

1.2 Power MOSFET жұмыс принципі

Кесу: ағызу көзінің тіректері мен оң қуат көзінің арасында, кернеу арасындағы қақпа көзінің тіректері нөлге тең. p базалық аймағы және N дрейф аймағы PN түйісуі J1 арасында пайда болды кері қиғаш, ағызу көзі полюстері арасында ток ағыны жоқ.

Өткізгіштік: қақпа көзінің терминалдары арасында қолданылатын оң кернеу UGS кезінде қақпа оқшауланған, сондықтан қақпа тогы ағып кетпейді. Дегенмен, қақпаның оң кернеуі оның астындағы P-аймағындағы тесіктерді итеріп жібереді және UGS мәнінен үлкен болған кезде, P-аймағындағы олигон-электрондарды қақпаның астындағы P-аймағының бетіне тартады. UT (қосу кернеуі немесе шекті кернеу), қақпа астындағы Р аймағының бетіндегі электрондардың концентрациясы саңылаулардың концентрациясынан көп болады, сондықтан Р типті жартылай өткізгіш N-түріне төңкеріліп, инверттелген қабатқа айналады, ал инверттелген қабат N-арнасын құрайды және PN өткелін J1 жоғалтады, ағызу және көзді өткізгіш етеді.

1.3 Power MOSFET-тің негізгі сипаттамалары

1.3.1 Статикалық сипаттамалар.

Ағызу тогы идентификаторы мен ысырма көзі арасындағы кернеу UGS арасындағы қатынас MOSFET беру сипаттамасы деп аталады, ИД үлкенірек, ID мен UGS арасындағы қатынас шамамен сызықтық, ал қисықтың еңісі Gfs өткізгіштік ретінде анықталады. .

MOSFET ағызу вольт-амперлік сипаттамалары (шығыс сипаттамалары): кесу аймағы (GTR кесу аймағына сәйкес); қанығу аймағы (ГТР күшейту аймағына сәйкес); қанықпаған аймақ (ГТР қанығу аймағына сәйкес). Қуат MOSFET коммутация күйінде жұмыс істейді, яғни ол кесу аймағы мен қанықпаған аймақ арасында алға және артқа ауысады. Қуат MOSFET су төгетін көз терминалдары арасында паразиттік диодқа ие және құрылғы ағызу көзі терминалдары арасында кері кернеу қолданылған кезде өткізеді. MOSFET қуатының күйдегі кедергісі оң температура коэффициентіне ие, бұл құрылғылар параллель қосылған кезде токты теңестіруге қолайлы.

1.3.2 Динамикалық сипаттама;

оның сынақ тізбегі және коммутация процесінің толқын пішіндері.

Іске қосу процесі; қосудың кешігу уақыты td(қосу) - алдыңғы момент пен uGS = UT және iD пайда бола бастаған сәт арасындағы уақыт кезеңі; көтерілу уақыты tr- MOSFET қанықпаған аймаққа енетін uGS uT-ден UGSP қақпа кернеуіне дейін көтерілетін уақыт кезеңі; iD тұрақты күйінің мәні ағынды беру кернеуі, UE және ағызу арқылы анықталады. UGSP шамасы iD тұрақты күй мәніне қатысты. UGS UGSP жеткеннен кейін ол тұрақты күйге жеткенше жоғары әсерінен көтеріледі, бірақ iD өзгермейді. Қосылу уақыты тонна- Қосудың кешігу уақыты мен көтерілу уақытының қосындысы.

Off delay time td(off) - iD нөлге дейін төмендей бастаған уақыттан бастап нөлге дейін төмендейтін уақыт кезеңі, Cin Rs және RG арқылы шығарылады және uGS экспоненциалды қисыққа сәйкес UGSP-ге түседі.

Құлау уақыты tf- uGS UGSP-тен түсуін жалғастырған және iD төмендеген сәттен бастап арна uGS < UT нүктесінде жоғалып, идентификатор нөлге дейін төмендегенге дейінгі уақыт кезеңі. Өшіру уақытын өшіру- Өшіру кешігу уақыты мен құлау уақытының қосындысы.

1.3.3 MOSFET коммутация жылдамдығы.

MOSFET ауысу жылдамдығы мен Cin зарядтау және разрядтау өте жақсы қарым-қатынасқа ие, пайдаланушы Cin-ді азайта алмайды, бірақ уақыт тұрақтысын азайту, коммутация жылдамдығын жылдамдату үшін қозғалтқыш тізбегі Rs ішкі кедергісін азайта алады, MOSFET тек политрондық өткізгіштікке сүйенеді, олиготрондық сақтау эффектісі жоқ, сондықтан өшіру процесі өте жылдам, ауысу уақыты 10-100 нс, жұмыс жиілігі дейін болуы мүмкін 100 кГц немесе одан жоғары, негізгі қуатты электронды құрылғылардың ең жоғарысы.

Өріспен басқарылатын құрылғылар тыныштықта кіріс тогын қажет етпейді. Дегенмен, коммутация процесінде кіріс конденсаторын зарядтау және разрядтау қажет, бұл әлі де белгілі бір қозғалтқыш қуатын талап етеді. Ауыстыру жиілігі неғұрлым жоғары болса, соғұрлым жетек қуаты қажет.

1.4 Динамикалық өнімділікті жақсарту

Құрылғыны қолданудан басқа құрылғының кернеуін, тогын, жиілігін қарастыру керек, сонымен қатар құрылғыны зақымданудағы өтпелі өзгерістерде құрылғыны жасау емес, оны қалай қорғау керектігін қолдануда меңгеруі керек. Әрине, тиристор екі биполярлы транзистордың қосындысы болып табылады, үлкен аумаққа байланысты үлкен сыйымдылықпен біріктірілген, сондықтан оның dv/dt мүмкіндігі осал. di/dt үшін оның ұзартылған өткізгіштік аймағы мәселесі де бар, сондықтан ол өте қатаң шектеулер қояды.

MOSFET қуатының жағдайы мүлдем басқаша. Оның dv/dt және di/dt мүмкіндіктері жиі наносекундқа (микросекундқа емес) мүмкіндік тұрғысынан бағаланады. Бірақ соған қарамастан, оның динамикалық өнімділік шектеулері бар. Оларды MOSFET қуаттылығының негізгі құрылымы тұрғысынан түсінуге болады.

Қуатты MOSFET құрылымы және оған сәйкес эквиваленттік схема. Құрылғының әрбір дерлік бөлігіндегі сыйымдылыққа қосымша, MOSFET параллель қосылған диод бар екенін ескеру қажет. Белгілі бір жағынан паразиттік транзистор да бар. (IGBT-де де паразиттік тиристор бар). Бұл MOSFET-тің динамикалық әрекетін зерттеудің маңызды факторлары.

Ең алдымен, MOSFET құрылымына бекітілген ішкі диодтың көшкін алу мүмкіндігі бар. Бұл әдетте бір рет көшкін түсіру мүмкіндігі мен қайталанатын көшкін мүмкіндігімен көрсетіледі. Кері di/dt үлкен болған кезде, диод өте жылдам импульстік секіруге ұшырайды, ол көшкін аймағына ену мүмкіндігіне ие және оның көшкін алу мүмкіндігінен асып кеткенде құрылғыны зақымдауы мүмкін. Кез келген PN қосылыс диодындағы сияқты, оның динамикалық сипаттамаларын тексеру өте күрделі. Олар алға бағытта өткізетін және кері бағытта блокталатын PN түйісуінің қарапайым тұжырымдамасынан өте ерекшеленеді. Ток тез төмендегенде, диод кері қалпына келтіру уақыты деп аталатын уақыт кезеңі ішінде кері блоктау мүмкіндігін жоғалтады. сонымен қатар PN өткелінің жылдам өтуі қажет және өте төмен қарсылық көрсетпейтін уақыт кезеңі бар. Қуатты MOSFET-де диодқа тікелей инъекция болғаннан кейін, инъекцияланған азшылық тасымалдаушылар да MOSFET-тің мультитрондық құрылғы ретінде күрделілігін арттырады.

Өтпелі жағдайлар желілік жағдайлармен тығыз байланысты және қолданбада бұл аспектке жеткілікті көңіл бөлінуі керек. Сәйкес мәселелерді түсіну мен талдауды жеңілдету үшін құрылғыны терең білу маңызды.