Преглед на MOSFET

Мощният MOSFET също се разделя на тип свързване и тип изолирана порта, но обикновено се отнася главно до типа MOSFET с изолиран порта (метален оксид-полупроводников FET), наричан мощен MOSFET (мощен MOSFET). Транзисторът с полеви ефект на мощността на свързване обикновено се нарича електростатичен индукционен транзистор (статичен индукционен транзистор - SIT). Характеризира се с напрежението на гейта за управление на изтичащия ток, задвижващата верига е проста, изисква малко задвижваща мощност, бърза скорост на превключване, висока работна честота, термичната стабилност е по-добра отГТП, но сегашният му капацитет е малък, ниско напрежение, обикновено се прилага само за мощност не повече от 10kW на силови електронни устройства.

1. Силов MOSFET структура и принцип на работа

Мощни MOSFET типове: според проводимия канал могат да бъдат разделени на P-канал и N-канал. Според амплитудата на напрежението на портата може да бъде разделена на; тип изчерпване; когато напрежението на портата е нула, когато полюсът изтичане-източник между съществуването на проводящ канал, подобрен; за N (P) канално устройство, напрежението на портата е по-голямо от (по-малко от) нула преди съществуването на проводящ канал, силовият MOSFET е основно подобрен с N-канал.

1.1 МощностMOSFETструктура　　

Power MOSFET вътрешна структура и електрически символи; неговата проводимост само с една полярност носители (полис), участващи в проводимостта, е еднополярен транзистор. Провеждащият механизъм е същият като MOSFET с ниска мощност, но структурата има голяма разлика, MOSFET с ниска мощност е хоризонтално проводящо устройство, мощният MOSFET по-голямата част от вертикалната проводяща структура, известна още като VMOSFET (вертикален MOSFET) , което значително подобрява напрежението и способността за устойчивост на ток на MOSFET устройството.

Според разликите във вертикалната проводяща структура, но също така разделена на използването на V-образен жлеб за постигане на вертикална проводимост на VVMOSFET и има вертикална проводима двойно дифузна MOSFET структура на VDMOSFET (вертикална двойно дифузнаMOSFET), този документ се обсъжда главно като пример за VDMOS устройства.

Мощни MOSFET за множество интегрирани структури, като международен токоизправител (International Rectifier) ​​HEXFET, използващ шестоъгълна единица; Siemens (Siemens) SIPMOSFET, използващ квадратна единица; Motorola (Motorola) TMOS, използвайки правоъгълен модул с подреждане на формата "Pin".

1.2 Принцип на работа на мощния MOSFET

Прекъсване: между полюсите дрейн-източник плюс положително захранване, полюсите гейт-източник между полюсите на порта-източник напрежението е нула. p базова област и N дрейфова област, образувани между обратното отклонение на PN прехода J1, няма ток между полюсите дрейн-източник.

Проводимост: При положително напрежение UGS, приложено между клемите гейт-източник, гейтът е изолиран, така че не протича ток на гейт. Въпреки това, положителното напрежение на гейта ще отблъсне дупките в P-региона под него и ще привлече олигоните-електрони в P-региона към повърхността на P-региона под гейта, когато UGS е по-голям от UT (напрежение на включване или прагово напрежение), концентрацията на електрони на повърхността на P-региона под портата ще бъде повече от концентрацията на дупки, така че P-типът полупроводник, обърнат в N-тип и се превръща в обърнат слой, а обърнатият слой образува N-канал и кара PN прехода J1 да изчезне, дренажът и източникът са проводими.

1.3 Основни характеристики на силовите MOSFET транзистори

1.3.1 Статични характеристики.

Връзката между тока на изтичане ID и напрежението UGS между източника на порта се нарича трансферна характеристика на MOSFET, ID е по-голяма, връзката между ID и UGS е приблизително линейна, а наклонът на кривата се определя като транспроводимост Gfs .

Дрейн волт-амперните характеристики (изходни характеристики) на MOSFET: гранична област (съответстваща на граничната област на GTR); област на насищане (съответстваща на областта на усилване на GTR); област без насищане (съответстваща на областта на насищане на GTR). Мощният MOSFET работи в състояние на превключване, т.е. превключва напред и назад между зоната на прекъсване и зоната без насищане. Силовият MOSFET има паразитен диод между клемите дрейн-сорс и устройството провежда, когато се приложи обратно напрежение между клемите дрейн-сорс. Съпротивлението във включено състояние на мощния MOSFET има положителен температурен коефициент, което е благоприятно за изравняване на тока, когато устройствата са свързани паралелно.

1.3.2 Динамично характеризиране;

неговата тестова верига и вълнови форми на процеса на превключване.

Процесът на включване; време на закъснение при включване td(on) - периодът от време между момента на аванс и момента, когато uGS = UT и iD започва да се появява; време на нарастване tr - периодът от време, когато uGS нараства от uT до напрежението на затвора UGSP, при което MOSFET навлиза в ненаситената област; стойността на стационарно състояние на iD се определя от захранващото напрежение на дренажа, UE, и величината на изтичане на UGSP е свързана със стойността на стационарно състояние на iD. След като UGS достигне UGSP, той продължава да нараства под действието на нагоре, докато достигне стабилно състояние, но iD остава непроменен. Време на включване ton-сума от времето на закъснение при включване и времето на нарастване.

Време за забавяне на изключване td(off) - Периодът от време, когато iD започва да намалява до нула от времето нагоре, пада до нула, Cin се разрежда през Rs и RG, а uGS пада до UGSP според експоненциална крива.

Време на спад tf - Периодът от време, от когато uGS продължава да пада от UGSP и iD намалява, докато каналът изчезне при uGS < UT и ID падне до нула. Време на изключване toff- Сумата от времето на забавяне на изключване и времето на спад.

1.3.3 Скорост на превключване на MOSFET.

Скоростта на превключване на MOSFET и Cin зареждането и разреждането имат страхотна връзка, потребителят не може да намали Cin, но може да намали вътрешното съпротивление на задвижващата верига Rs, за да намали времевата константа, за да ускори скоростта на превключване, MOSFET разчита само на политронната проводимост, няма олиготронен ефект на съхранение и по този начин процесът на изключване е много бърз, времето за превключване от 10-100ns, работната честота може да бъде до 100kHz или повече, е най-високото от основните захранващи електронни устройства.

Устройствата с полево управление не изискват почти никакъв входен ток в покой. Въпреки това, по време на процеса на превключване, входният кондензатор трябва да се зарежда и разрежда, което все още изисква определено количество задвижваща мощност. Колкото по-висока е честотата на превключване, толкова по-голяма е необходимата задвижваща мощност.

1.4 Подобряване на динамичната производителност

В допълнение към приложението на устройството, за да вземе предвид напрежението, тока, честотата на устройството, но също така трябва да овладее в прилагането как да защити устройството, а не да прави устройството в преходни промени в щетите. Разбира се, тиристорът е комбинация от два биполярни транзистора, съчетани с голям капацитет поради голямата площ, така че неговата dv/dt способност е по-уязвима. За di/dt той също има проблем с разширена област на проводимост, така че също налага доста сериозни ограничения.

Случаят с мощния MOSFET е съвсем различен. Неговата способност dv/dt и di/dt често се оценява като способност за наносекунда (а не за микросекунда). Но въпреки това има ограничения в динамичната производителност. Те могат да бъдат разбрани от гледна точка на основната структура на мощен MOSFET.

Структурата на мощен MOSFET и съответната му еквивалентна схема. В допълнение към капацитета в почти всяка част на устройството, трябва да се има предвид, че MOSFET има диод, свързан паралелно. От определена гледна точка има и паразитен транзистор. (Точно както IGBT има и паразитен тиристор). Това са важни фактори при изследването на динамичното поведение на MOSFET.

На първо място, вътрешният диод, прикрепен към MOSFET структурата, има известна лавинна способност. Това обикновено се изразява като способност за единична лавина и способност за повтаряща се лавина. Когато обратният di/dt е голям, диодът е подложен на много бърз импулсен пик, който има потенциала да навлезе в лавинообразния регион и потенциално да повреди устройството, след като неговата лавинна способност бъде превишена. Както при всеки диод с PN преход, изследването на неговите динамични характеристики е доста сложно. Те са много различни от простата концепция за PN преход, провеждащ в права посока и блокиращ в обратна посока. Когато токът спадне бързо, диодът губи способността си за обратно блокиране за период от време, известен като време за обратно възстановяване. има и период от време, когато PN преходът трябва да провежда бързо и не показва много ниско съпротивление. След като има инжектиране напред в диода в мощен MOSFET, инжектираните малцинствени носители също добавят към сложността на MOSFET като мултитронно устройство.

Преходните условия са тясно свързани с условията на линията и на този аспект трябва да се обърне достатъчно внимание в приложението. Важно е да имате задълбочени познания за устройството, за да улесните разбирането и анализа на съответните проблеми.