Visión xeral do MOSFET

O MOSFET de potencia tamén se divide en tipo de unión e tipo de porta illada, pero normalmente refírese principalmente ao tipo de porta illada MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), denominado MOSFET de potencia (Power MOSFET). O transistor de efecto de campo de potencia de tipo unión chámase xeralmente transistor de indución electrostática (Static Induction Transistor - SIT). Caracterízase pola tensión da porta para controlar a corrente de drenaxe, o circuíto de accionamento é sinxelo, require pouca potencia de accionamento, velocidade de conmutación rápida, alta frecuencia de funcionamento, a estabilidade térmica é mellor que oGTR, pero a súa capacidade actual é pequena, de baixa tensión, xeralmente só se aplica a potencia de non máis de 10 kW de dispositivos electrónicos de potencia.

1. Estrutura MOSFET de potencia e principio de funcionamento

Tipos de MOSFET de potencia: segundo a canle condutora pódese dividir en canle P e canle N. Segundo a amplitude da tensión da porta pódese dividir en; tipo de esgotamento; cando a tensión de porta é cero cando o polo de drenaxe-fonte entre a existencia dunha canle condutora, mellorada; para o dispositivo de canle N (P), a tensión da porta é maior que (menos que) cero antes da existencia dunha canle condutora, o MOSFET de potencia é principalmente mellorada na canle N.

1.1 PotenciaMOSFETestrutura　　

Estrutura interna de MOSFET de potencia e símbolos eléctricos; a súa condución só portadores de polaridade (polys) implicados no condutor, é un transistor unipolar. O mecanismo condutor é o mesmo que o MOSFET de baixa potencia, pero a estrutura ten unha gran diferenza, o MOSFET de baixa potencia é un dispositivo condutor horizontal, o MOSFET de potencia a maior parte da estrutura condutora vertical, tamén coñecido como VMOSFET (MOSFET vertical). , o que mellora moito a tensión do dispositivo MOSFET e a capacidade de resistencia á corrente.

Segundo as diferenzas na estrutura condutora vertical, pero tamén dividida no uso de suco en forma de V para acadar a condutividade vertical do VVMOSFET e ten unha estrutura MOSFET condutor vertical dobre difuso do VDMOSFET (Vertical Double-diffused).MOSFET), este documento é discutido principalmente como un exemplo de dispositivos VDMOS.

MOSFETs de potencia para estruturas integradas múltiples, como International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET usando unha unidade hexagonal; Siemens (Siemens) SIPMOSFET usando unha unidade cadrada; Motorola (Motorola) TMOS usando unha unidade rectangular pola disposición de forma "Pin".

1.2 Principio de funcionamento do MOSFET de potencia

Corte: entre os polos da fonte de drenaxe máis a fonte de alimentación positiva, os polos da fonte da porta entre a tensión son cero. Rexión de base p e rexión de deriva N formada entre a polarización inversa da unión PN J1, sen fluxo de corrente entre os polos da fonte de drenaxe.

Condutividade: cunha tensión positiva UGS aplicada entre os terminais da fonte da porta, a porta está illada, polo que non circula ningunha corrente de porta. Non obstante, a tensión positiva da porta afastará os buratos da rexión P debaixo dela e atraerá os oligóns-electróns da rexión P cara á superficie da rexión P debaixo da porta cando o UGS sexa maior que o UT (tensión de activación ou tensión de limiar), a concentración de electróns na superficie da rexión P baixo a porta será superior á concentración de buratos, polo que o semicondutor de tipo P invertido nun tipo N e convértese nunha capa invertida, e a capa invertida forma unha canle N e fai que a unión PN J1 desapareza, drene e conduza a fonte.

1.3 Características básicas dos MOSFET de potencia

1.3.1 Características estáticas.

A relación entre a corrente de drenaxe ID e a tensión UGS entre a fonte de porta denomínase característica de transferencia do MOSFET, o ID é maior, a relación entre ID e UGS é aproximadamente lineal e a pendente da curva defínese como a transcondutividade Gfs. .

As características voltios-amperios de drenaxe (características de saída) do MOSFET: rexión de corte (correspondente á rexión de corte do GTR); rexión de saturación (correspondente á rexión de amplificación do GTR); rexión de non saturación (correspondente á rexión de saturación do GTR). O MOSFET de potencia opera no estado de conmutación, é dicir, cambia entre a rexión de corte e a rexión de non saturación. O MOSFET de potencia ten un díodo parasitario entre os terminais da fonte de drenaxe e o dispositivo conduce cando se aplica unha tensión inversa entre os terminais da fonte de drenaxe. A resistencia de estado de activación do MOSFET de potencia ten un coeficiente de temperatura positivo, que é favorable para igualar a corrente cando os dispositivos están conectados en paralelo.

1.3.2 Caracterización dinámica;

o seu circuíto de proba e as formas de onda do proceso de conmutación.

O proceso de activación; tempo de retardo de aceso td(on) - o período de tempo entre o momento da dianteira e o momento no que comeza a aparecer uGS = UT e iD; tempo de subida tr- o período de tempo no que uGS ascende desde uT ata a tensión de porta UGSP no que o MOSFET entra na rexión non saturada; o valor de estado estacionario de iD está determinado pola tensión de subministración de drenaxe, UE, e o drenaxe. A magnitude de UGSP está relacionada co valor de estado estacionario de iD. Despois de que UGS chega a UGSP, continúa subindo baixo a acción de up ata alcanzar o estado estacionario, pero iD non cambia. Ton de tempo de aceso: suma do tempo de atraso do aceso e do tempo de subida.

Tempo de retardo de apagado td(off) -O período de tempo no que iD comeza a diminuír a cero desde o momento en que cae a cero, Cin descárgase a través de Rs e RG e uGS cae a UGSP segundo unha curva exponencial.

Tempo de caída tf- O período de tempo desde que uGS segue caendo desde UGSP e iD diminúe ata que a canle desaparece en uGS < UT e ID cae a cero. Tempo de apagado toff- A suma do tempo de atraso de apagado e o tempo de caída.

1.3.3 Velocidade de conmutación MOSFET.

A velocidade de conmutación MOSFET e a carga e descarga de Cin teñen unha gran relación, o usuario non pode reducir Cin, pero pode reducir a resistencia interna do circuíto de condución Rs para reducir a constante de tempo, para acelerar a velocidade de conmutación, os MOSFET só confían na condutividade politrónica, non hai ningún efecto de almacenamento oligotrónico, polo que o proceso de apagado é moi rápido, o tempo de conmutación de 10-100 ns, a frecuencia de funcionamento pode ser de ata 100 kHz ou máis, é o máis alto dos principais dispositivos electrónicos de potencia.

Os dispositivos controlados por campo case non requiren corrente de entrada en repouso. Non obstante, durante o proceso de conmutación, o capacitor de entrada debe cargarse e descargarse, o que aínda require unha certa cantidade de potencia de condución. Canto maior sexa a frecuencia de conmutación, maior será a potencia de accionamento necesaria.

1.4 Mellora do rendemento dinámico

Ademais da aplicación do dispositivo para considerar a tensión do dispositivo, corrente, frecuencia, pero tamén debe dominar na aplicación de como protexer o dispositivo, para non facer o dispositivo nos cambios transitorios no dano. Por suposto, o tiristor é unha combinación de dous transistores bipolares, xunto cunha gran capacitancia debido á gran área, polo que a súa capacidade dv/dt é máis vulnerable. Para di/dt tamén ten un problema de rexión de condución estendida, polo que tamén impón limitacións bastante severas.

O caso do MOSFET de potencia é ben diferente. A súa capacidade dv/dt e di/dt adoita estimarse en termos de capacidade por nanosegundo (en lugar de por microsegundo). Pero a pesar diso, ten limitacións de rendemento dinámico. Estes poden entenderse en termos da estrutura básica dun MOSFET de potencia.

A estrutura dun MOSFET de potencia e o seu correspondente circuíto equivalente. Ademais da capacidade de case todas as partes do dispositivo, hai que considerar que o MOSFET ten un díodo conectado en paralelo. Desde certo punto de vista, tamén hai un transistor parasitario. (Do mesmo xeito que un IGBT tamén ten un tiristor parasitario). Estes son factores importantes no estudo do comportamento dinámico dos MOSFET.

En primeiro lugar, o díodo intrínseco unido á estrutura MOSFET ten algunha capacidade de avalancha. Isto xeralmente exprésase en termos de capacidade de avalancha única e capacidade de avalancha repetitiva. Cando o di/dt inverso é grande, o díodo está sometido a un pico de pulso moi rápido, que ten o potencial de entrar na rexión de avalancha e danar potencialmente o dispositivo unha vez que se supera a súa capacidade de avalancha. Como con calquera díodo de unión PN, examinar as súas características dinámicas é bastante complexo. Son moi diferentes do concepto simple dunha unión PN que conduce na dirección cara adiante e bloquea na dirección inversa. Cando a corrente cae rapidamente, o díodo perde a súa capacidade de bloqueo inverso durante un período de tempo coñecido como tempo de recuperación inversa. tamén hai un período de tempo no que se require que a unión PN conduza rapidamente e non mostra unha resistencia moi baixa. Unha vez que hai inxección directa no díodo nun MOSFET de potencia, os portadores minoritarios inxectados tamén aumentan a complexidade do MOSFET como dispositivo multitrónico.

As condicións transitorias están estreitamente relacionadas coas condicións da liña, e este aspecto debe recibir a suficiente atención na aplicación. É importante ter un coñecemento profundo do dispositivo para facilitar a comprensión e análise dos problemas correspondentes.