Pregled MOSFET-a

Energetski MOSFET također se dijeli na spojni tip i izolirani tip vrata, ali obično se uglavnom odnosi na tip izoliranih vrata MOSFET (metalni oksid poluvodički FET), koji se naziva i energetski MOSFET (naponski MOSFET). Tranzistor s efektom polja snage spoja općenito se naziva elektrostatski indukcijski tranzistor (Static Induction Transistor - SIT). Karakterizira ga napon vrata za kontrolu odvodne struje, pogonski krug je jednostavan, zahtijeva malo pogonske snage, brza brzina prebacivanja, visoka radna frekvencija, toplinska stabilnost je bolja odGTR, ali njegov trenutni kapacitet je mali, niskog napona, općenito se odnosi samo na snagu ne veću od 10kW energetskih elektroničkih uređaja.

1. Struktura i princip rada MOSFET-a snage

Vrste MOSFET-a snage: prema vodljivom kanalu mogu se podijeliti na P-kanalne i N-kanalne. Prema amplitudi napona vrata može se podijeliti na; vrsta iscrpljivanja; kada je napon vrata jednak nuli kada je odvodno-izvorni pol između postojanja vodljivog kanala, pojačan; za N (P) kanalni uređaj, napon vrata je veći od (manji od) nule prije postojanja vodljivog kanala, snaga MOSFET-a je uglavnom poboljšana N-kanalnim.

1.1 SnagaMOSFETstruktura　　

Power MOSFET unutarnja struktura i električni simboli; njegova vodljivost samo jedan nositelji polariteta (polis) uključeni u vodljivu, je unipolarni tranzistor. Provodni mehanizam je isti kao MOSFET male snage, ali struktura ima veliku razliku, MOSFET male snage je horizontalni vodljivi uređaj, MOSFET snage je većina vertikalne vodljive strukture, također poznat kao VMOSFET (vertikalni MOSFET) , što uvelike poboljšava naponsku i strujnu sposobnost MOSFET uređaja.

Prema razlikama u vertikalnoj vodljivoj strukturi, ali također podijeljenoj na upotrebu utora u obliku slova V za postizanje vertikalne vodljivosti VVMOSFET-a i ima vertikalnu vodljivu dvostruko difuznu MOSFET strukturu VDMOSFET-a (vertikalna dvostruko difuznaMOSFET), ovaj rad se uglavnom raspravlja kao primjer VDMOS uređaja.

Power MOSFET-ovi za višestruku integriranu strukturu, kao što je međunarodni ispravljač (International Rectifier) ​​HEXFET koji koristi šesterokutnu jedinicu; Siemens (Siemens) SIPMOSFET koji koristi kvadratnu jedinicu; Motorola (Motorola) TMOS koji koristi pravokutnu jedinicu prema rasporedu oblika "Pin".

1.2 Princip rada MOSFET-a snage

Isključivanje: između polova odvod-izvor plus pozitivno napajanje, polovi između izlaza-izvora napon je nula. p bazno područje i N drift područje formirano između PN spoja J1 obrnuto prednaprezanje, nema protoka struje između polova odvod-izvor.

Vodljivost: s pozitivnim naponom UGS između priključaka gejt-izvor, gejt je izoliran, tako da struja gejta ne teče. Međutim, pozitivni napon vrata će gurnuti rupe u P-regiji ispod sebe i privući oligone-elektrone u P-regiji na površinu P-regije ispod vrata kada je UGS veći od UT (napon uključivanja ili napon praga), koncentracija elektrona na površini P-regije ispod vrata bit će veća od koncentracije rupa, tako da P-tip poluvodič se pretvara u N-tip i postaje invertirani sloj, a invertirani sloj tvori N-kanal i čini da PN spoj J1 nestaje, odvod i izvor su vodljivi.

1.3 Osnovne karakteristike energetskih MOSFET-a

1.3.1 Statičke karakteristike.

Odnos između struje odvoda ID i napona UGS između izvora vrata naziva se prijenosna karakteristika MOSFET-a, ID je veći, odnos između ID i UGS približno je linearan, a nagib krivulje definiran je kao transkonduktivnost Gfs .

Volt-amperske karakteristike odvoda (izlazne karakteristike) MOSFET-a: granično područje (odgovara graničnom području GTR-a); područje zasićenja (koje odgovara području pojačanja GTR-a); područje nezasićenja (odgovara području zasićenja GTR-a). Snažni MOSFET radi u stanju sklopke, tj. prebacuje se naprijed-natrag između područja prekida i područja nezasićenja. Snažni MOSFET ima parazitsku diodu između terminala drain-source, a uređaj vodi kada se obrnuti napon primijeni između terminala drain-source. Otpor u uključenom stanju MOSFET-a snage ima pozitivan temperaturni koeficijent, što je povoljno za izjednačavanje struje kada su uređaji spojeni paralelno.

1.3.2 Dinamička karakterizacija;

njegov ispitni krug i valni oblici procesa prebacivanja.

Proces uključivanja; vrijeme kašnjenja uključivanja td(on) - vremensko razdoblje između trenutka up fronta i trenutka kada se uGS = UT i iD počinju pojavljivati; vrijeme porasta tr- vremensko razdoblje kada uGS raste od uT do napona vrata UGSP pri kojem MOSFET ulazi u nezasićeno područje; vrijednost stacionarnog stanja iD određena je naponom napajanja odvoda, UE, a veličina odvoda UGSP povezana je s vrijednošću stacionarnog stanja iD. Nakon što UGS dosegne UGSP, nastavlja rasti pod djelovanjem up sve dok ne dosegne stabilno stanje, ali iD je nepromijenjen. Vrijeme uključivanja ton-Zbroj vremena kašnjenja uključivanja i vremena porasta.

Vrijeme kašnjenja isključenja td(off) - Vremensko razdoblje kada se iD počinje smanjivati ​​na nulu od vremena gore pada na nulu, Cin se prazni kroz Rs i RG, a uGS pada na UGSP prema eksponencijalnoj krivulji.

Vrijeme pada tf- Vremensko razdoblje od kada uGS nastavlja padati od UGSP i iD se smanjuje do trenutka kada kanal nestane na uGS < UT i ID padne na nulu. Vrijeme isključivanja toff- Zbroj vremena odgode isključivanja i vremena pada.

1.3.3 MOSFET brzina preklapanja.

MOSFET brzina prebacivanja i Cin punjenje i pražnjenje imaju odličan odnos, korisnik ne može smanjiti Cin, ali može smanjiti unutarnji otpor pogonskog kruga Rs kako bi se smanjila vremenska konstanta, kako bi se ubrzala brzina prebacivanja, MOSFET se oslanja samo na politroničku vodljivost, nema oligotroničkog učinka pohrane, pa je stoga proces isključivanja vrlo brz, vrijeme prebacivanja od 10-100 ns, radna frekvencija može biti do 100 kHz ili više, najveći je od glavnih energetskih elektroničkih uređaja.

Uređaji kontrolirani poljem ne zahtijevaju gotovo nikakvu ulaznu struju u mirovanju. Međutim, tijekom procesa prebacivanja, ulazni kondenzator treba se puniti i prazniti, što još uvijek zahtijeva određenu količinu pogonske snage. Što je veća frekvencija preklapanja, potrebna je veća pogonska snaga.

1.4 Poboljšanje dinamičke izvedbe

Uz primjenu uređaja treba uzeti u obzir napon, struju, frekvenciju uređaja, ali također mora svladati u primjeni kako zaštititi uređaj, a ne napraviti uređaj u prolaznim promjenama oštećenja. Naravno, tiristor je kombinacija dvaju bipolarnih tranzistora, zajedno s velikim kapacitetom zbog velike površine, tako da je njegova dv/dt sposobnost ranjivija. Za di/dt također ima problem proširenog područja vodljivosti, tako da također nameće prilično stroga ograničenja.

Slučaj MOSFET-a snage je sasvim drugačiji. Njegova dv/dt i di/dt sposobnost često se procjenjuje u smislu mogućnosti po nanosekundi (a ne po mikrosekundi). No unatoč tome, ima ograničenja dinamičke izvedbe. To se može razumjeti u smislu osnovne strukture MOSFET-a snage.

Struktura snažnog MOSFET-a i njegovog odgovarajućeg ekvivalentnog kruga. Osim kapacitivnosti u gotovo svakom dijelu uređaja, mora se uzeti u obzir da MOSFET ima diodu spojenu paralelno. S određene točke gledišta, postoji i parazitni tranzistor. (Kao što IGBT također ima parazitni tiristor). Ovo su važni čimbenici u proučavanju dinamičkog ponašanja MOSFET-a.

Prije svega, intrinzična dioda spojena na MOSFET strukturu ima neku sposobnost lavine. To se obično izražava u smislu sposobnosti pojedinačne lavine i sposobnosti ponavljanja lavine. Kada je obrnuti di/dt velik, dioda je izložena vrlo brzom impulsnom skoku, koji ima potencijal ući u lavinsko područje i potencijalno oštetiti uređaj nakon što se premaši njegova lavinska sposobnost. Kao i kod svake diode s PN spojem, ispitivanje njezinih dinamičkih karakteristika prilično je složeno. Vrlo se razlikuju od jednostavnog koncepta PN spoja koji vodi u smjeru naprijed i blokira u smjeru unazad. Kada struja brzo opada, dioda gubi sposobnost reverznog blokiranja tijekom vremenskog razdoblja poznatog kao reverzno vrijeme oporavka. postoji i vremensko razdoblje kada PN spoj mora brzo provoditi i ne pokazuje vrlo mali otpor. Jednom kada postoji ubrizgavanje naprijed u diodu u MOSFET-u snage, ubrizgani manjinski nositelji također doprinose složenosti MOSFET-a kao multitronic uređaja.

Prijelazni uvjeti usko su povezani s vodnim uvjetima i ovom aspektu treba posvetiti dovoljno pozornosti u primjeni. Važno je imati dubinsko poznavanje uređaja kako bi se olakšalo razumijevanje i analiza odgovarajućih problema.