MOSFET icmalı

Güc MOSFET də qovşaq tipinə və izolyasiya edilmiş qapı növünə bölünür, lakin adətən, əsasən güc MOSFET (Güc MOSFET) olaraq adlandırılan izolyasiya edilmiş qapı növü MOSFET (Metal Oksid Yarımkeçirici FET) aiddir. Qovşaq tipli güc sahəsi effektli tranzistor ümumiyyətlə elektrostatik induksiya tranzistoru adlanır (Statik İnduksiya Transistoru - SIT). Drenaj cərəyanını idarə etmək üçün qapı gərginliyi ilə xarakterizə olunur, sürücü dövrəsi sadədir, az sürücü gücü tələb edir, sürətli keçid sürəti, yüksək işləmə tezliyi, istilik sabitliyi daha yaxşıdırGTR, lakin onun cari gücü kiçikdir, aşağı gərginliklidir, ümumiyyətlə yalnız 10 kVt-dan çox olmayan güc elektron cihazlarına aiddir.

1. Power MOSFET strukturu və iş prinsipi

Güc MOSFET növləri: keçirici kanala görə P-kanal və N-kanal bölünə bilər. Darvazanın gərginliyinə görə amplituda bölünə bilər; tükənmə növü; bir keçirici kanalın mövcudluğu arasında drenaj mənbəyi dirəyi gücləndirildikdə qapının gərginliyi sıfır olduqda; N (P) kanal cihazı üçün, keçirici kanalın mövcudluğundan əvvəl qapının gərginliyi sıfırdan böyükdür (azdır), güc MOSFET əsasən N-kanal gücləndirilir.

1.1 GücMOSFETstrukturu　　

Power MOSFET daxili strukturu və elektrik simvolları; onun keçiriciliyi yalnız bir polarite daşıyıcısı (polis) keçiricidə iştirak edir, birqütblü tranzistordur. Keçirici mexanizm aşağı güclü MOSFET ilə eynidir, lakin strukturun böyük fərqi var, aşağı güclü MOSFET üfüqi keçirici cihazdır, güc MOSFET şaquli keçirici quruluşun çox hissəsidir, VMOSFET (Vertical MOSFET) kimi də tanınır. MOSFET cihazının gərginliyini və cərəyana tab gətirmə qabiliyyətini xeyli yaxşılaşdırır.

Şaquli keçirici quruluşdakı fərqlərə görə, eyni zamanda VVMOSFET-in şaquli keçiriciliyinə nail olmaq üçün V formalı yivin istifadəsinə bölünür və VDMOSFET-in şaquli keçirici ikiqat yayılmış MOSFET quruluşuna malikdir (Vertical Double-diffuzed).MOSFET), bu məqalə əsasən VDMOS cihazlarının nümunəsi kimi müzakirə olunur.

Altıbucaqlı vahiddən istifadə edən Beynəlxalq Düzləşdirici (Beynəlxalq Düzəldici) HEXFET kimi çoxsaylı inteqrasiya edilmiş strukturlar üçün güc MOSFETləri; Siemens (Siemens) SIPMOSFET kvadrat vahiddən istifadə edir; Motorola (Motorola) TMOS "Pin" forması ilə düzbucaqlı vahiddən istifadə edir.

1.2 Power MOSFET iş prinsipi

Kəsmə: drenaj mənbəyi dirəkləri və müsbət enerji təchizatı arasında, gərginlik arasındakı qapı mənbəyi dirəkləri sıfırdır. p baza bölgəsi və PN qovşağı J1 arasında əmələ gələn N sürüşmə bölgəsi tərs meyl, drenaj mənbəyi dirəkləri arasında cərəyan axını yoxdur.

Keçiricilik: Qapı-mənbə terminalları arasında tətbiq olunan müsbət gərginlikli UGS ilə darvaza izolyasiya edilir, beləliklə heç bir qapı cərəyanı axmır. Bununla belə, qapının müsbət gərginliyi onun altındakı P bölgəsindəki dəlikləri itələyəcək və UGS-dən böyük olduqda, P bölgəsindəki oliqon-elektronları darvazanın altındakı P bölgəsinin səthinə cəlb edəcəkdir. UT (açılma gərginliyi və ya eşik gərginliyi), qapının altındakı P-bölgəsinin səthində elektronların konsentrasiyası deşiklərin konsentrasiyasından daha çox olacaq, belə ki, P-tipi yarımkeçirici bir N-tipinə çevrilir və ters çevrilmiş təbəqəyə çevrilir və ters çevrilmiş təbəqə N-kanal təşkil edir və PN qovşağını J1 yox edir, drenaj edir və mənbə keçirici olur.

1.3 Güclü MOSFET-lərin Əsas Xüsusiyyətləri

1.3.1 Statik xarakteristikalar.

Drenaj cərəyanı identifikatoru ilə qapı mənbəyi arasındakı gərginlik UGS arasındakı əlaqə MOSFET-in ötürmə xarakteristikası adlanır, ID daha böyükdür, ID və UGS arasındakı əlaqə təxminən xəttidir və əyrinin mailliyi Gfs keçiriciliyi kimi müəyyən edilir. .

MOSFET-in boşalma volt-amper xüsusiyyətləri (çıxış xüsusiyyətləri): kəsmə bölgəsi (GTR-nin kəsmə bölgəsinə uyğundur); doyma bölgəsi (GTR-nin gücləndirmə bölgəsinə uyğundur); qeyri-doyma bölgəsi (GTR-nin doyma bölgəsinə uyğundur). Güc MOSFET kommutasiya vəziyyətində işləyir, yəni kəsmə bölgəsi ilə doymamış bölgə arasında irəli və geri keçid edir. Güc MOSFET-də drenaj mənbəyi terminalları arasında parazit diod var və cihaz drenaj mənbəyi terminalları arasında əks gərginlik tətbiq edildikdə işləyir. MOSFET-in elektrik müqaviməti müsbət temperatur əmsalına malikdir, bu da cihazlar paralel qoşulduqda cərəyanı bərabərləşdirmək üçün əlverişlidir.

1.3.2 Dinamik xarakteristikalar;

onun sınaq sxemi və keçid prosesinin dalğa formaları.

Açılış prosesi; işə salınma gecikmə vaxtı td(on) - ön cəbhənin anı ilə uGS = UT və iD-nin görünməyə başladığı an arasındakı müddət; yüksəlmə vaxtı tr- uGS-nin uT-dən MOSFET-in doymamış bölgəyə daxil olduğu qapı gərginliyinə UGSP-ə yüksəldiyi dövr; iD-nin sabit dövlət dəyəri drenaj təchizatı gərginliyi, UE və drenaj ilə müəyyən edilir. UGSP-nin böyüklüyü iD-nin sabit dövlət dəyəri ilə əlaqədardır. UGS UGSP-yə çatdıqdan sonra, sabit vəziyyətə çatana qədər yuxarı təsiri altında yüksəlməyə davam edir, lakin iD dəyişməzdir. Yandırma vaxtı ton-Açma gecikməsi və yüksəlmə vaxtının cəmi.

Off gecikmə vaxtı td(off) -İD-nin sıfıra düşdüyü vaxtdan sıfıra enməyə başladığı dövr, Cin Rs və RG vasitəsilə boşaldılır və uGS eksponensial əyriyə uyğun olaraq UGSP-yə düşür.

Falling time tf- uGS-nin UGSP-dən düşməyə davam etdiyi və iD-nin azaldığı vaxtdan kanalın uGS < UT-də yoxa çıxana və ID-nin sıfıra enməsinə qədər vaxt dövrü. Turn-off time toff- Söndürmə gecikmə vaxtı və düşmə vaxtının cəmi.

1.3.3 MOSFET keçid sürəti.

MOSFET keçid sürəti və Cin doldurulması və boşaldılması böyük bir əlaqəyə malikdir, istifadəçi Cin-i azalda bilməz, lakin vaxt sabitini azaltmaq, keçid sürətini sürətləndirmək üçün sürücülük dövrəsinin daxili müqavimətini Rs azalda bilər, MOSFET yalnız politronik keçiriciliyə güvənir, heç bir oliqotronik saxlama effekti yoxdur və beləliklə bağlanma prosesi çox sürətlidir, keçid müddəti 10-100ns, işləmə tezliyi qədər ola bilər 100 kHz və ya daha çox, əsas güc elektron cihazlarının ən yüksəkidir.

Sahə ilə idarə olunan qurğular istirahətdə demək olar ki, heç bir giriş cərəyanına ehtiyac duymur. Bununla belə, keçid prosesində giriş kondansatörünün doldurulması və boşaldılması lazımdır ki, bu da hələ də müəyyən miqdarda sürücülük gücünü tələb edir. Kommutasiya tezliyi nə qədər yüksək olsa, sürücünün gücü bir o qədər çox tələb olunur.

1.4 Dinamik performans yaxşılaşdırılması

Cihaz tətbiqinə əlavə olaraq cihazın gərginliyi, cərəyanı, tezliyi nəzərə alınmalı, eyni zamanda cihazın necə qorunacağı tətbiqində ustalaşmalı, cihazın zədələnməsində keçici dəyişikliklər etməməlidir. Əlbəttə ki, tiristor iki bipolyar tranzistorun birləşməsidir və böyük sahəyə görə böyük bir tutuma malikdir, ona görə də onun dv/dt qabiliyyəti daha həssasdır. di/dt üçün onun da uzadılmış keçiricilik bölgəsi problemi var, buna görə də kifayət qədər ciddi məhdudiyyətlər qoyur.

MOSFET-in gücü tamamilə fərqlidir. Onun dv/dt və di/dt qabiliyyəti tez-tez nanosaniyəyə görə (mikrosaniyədən çox) qabiliyyət baxımından qiymətləndirilir. Lakin buna baxmayaraq, onun dinamik performans məhdudiyyətləri var. Bunlar güc MOSFET-in əsas strukturu baxımından başa düşülə bilər.

Güclü MOSFET-in strukturu və ona uyğun ekvivalent dövrə. Cihazın demək olar ki, hər bir hissəsindəki tutuma əlavə olaraq, MOSFET-də paralel olaraq birləşdirilmiş bir diodun olduğunu nəzərə almaq lazımdır. Müəyyən nöqteyi-nəzərdən parazitar tranzistor da var. (Necə ki, IGBT-nin də parazit tiristoru var). Bunlar MOSFET-lərin dinamik davranışının öyrənilməsində mühüm amillərdir.

Əvvəla, MOSFET strukturuna qoşulmuş daxili diod bəzi uçqun qabiliyyətinə malikdir. Bu adətən tək uçqun qabiliyyəti və təkrarlanan uçqun qabiliyyəti ilə ifadə edilir. Əks di/dt böyük olduqda, diod uçqun bölgəsinə daxil olmaq və uçqun qabiliyyətini aşdıqdan sonra cihazı potensial olaraq zədələmək potensialına malik olan çox sürətli impuls sıçrayışına məruz qalır. Hər hansı bir PN qovşağı diodunda olduğu kimi, onun dinamik xüsusiyyətlərini yoxlamaq olduqca mürəkkəbdir. İrəli istiqamətdə aparan və əks istiqamətdə bloklayan PN qovşağının sadə konsepsiyasından çox fərqlidirlər. Cari sürətlə azaldıqda, diod əks bərpa müddəti kimi tanınan bir müddət ərzində əks bloklama qabiliyyətini itirir. PN qovşağının sürətlə aparılmasının tələb olunduğu və çox aşağı müqavimət göstərmədiyi bir dövr də var. Güclü MOSFET-də diodda irəli enjeksiyon olduqda, yeridilmiş azlıq daşıyıcıları da MOSFET-in multitronik cihaz kimi mürəkkəbliyini artırır.

Keçid şərtləri xətt şərtləri ilə sıx bağlıdır və tətbiqdə bu cəhətə kifayət qədər diqqət yetirilməlidir. Müvafiq problemlərin başa düşülməsini və təhlilini asanlaşdırmaq üçün cihaz haqqında dərin biliyə sahib olmaq vacibdir.