MOSFET карап чыгуу

Power MOSFET ошондой эле түйүнчү түргө жана изоляцияланган дарбаза түрүнө бөлүнөт, бирок көбүнчө MOSFET (металл оксидинин жарым өткөргүч FET) изоляцияланган дарбазасынын түрүн билдирет, MOSFET (Power MOSFET) деп аталат. Туташуучу типтеги кубаттуулук талаасынын эффективдүү транзисторлору жалпысынан электростатикалык индукциялык транзистор (Статикалык индукциялык транзистор - SIT) деп аталат. Бул дренаждык токту башкаруу үчүн дарбаза чыңалуусу менен мүнөздөлөт, диск схемасы жөнөкөй, аз диск күчүн талап кылат, тез которуу ылдамдыгы, жогорку иштөө жыштыгы, жылуулук туруктуулугу жакшыраакGTR, бирок анын учурдагы кубаттуулугу кичинекей, төмөн чыңалуу, жалпысынан 10 кВттан ашпаган электр энергиясына гана тиешелүү.

1. Power MOSFET түзүмү жана иш принцип

Power MOSFET түрлөрү: өткөргүч канал боюнча P-канал жана N-канал бөлүүгө болот. Дарбаза чыңалуу амплитудасы боюнча бөлүүгө болот; түгөнүү түрү; өткөргүч каналдын бар ортосундагы дренаждык-булак устуну, күчөтүлгөн учурда дарбаза чыңалуу нөл болгондо; N (P) каналдык түзүлүш үчүн, өткөрүүчү канал болгонго чейин дарбаза чыңалуусу нөлдөн жогору (азыраак) болот, MOSFET кубаттуулугу негизинен N-каналда күчөтүлгөн.

1.1 КүчMOSFETтүзүлүш　　

Power MOSFET ички түзүмү жана электрдик белгилер; анын өткөрүмдүүлүгү өткөргүчкө катышкан бир гана уюлдук алып жүрүүчү (полис), бир полярдуу транзистор. Өткөргүч механизми аз кубаттуу MOSFET менен бирдей, бирок түзүлүшү чоң айырмачылыкка ээ, аз кубаттуу MOSFET горизонталдык өткөргүч түзүлүш, кубаттуулугу MOSFET вертикалдык өткөргүч түзүлүштүн көпчүлүгү, ошондой эле VMOSFET (Vertical MOSFET) деп аталат. , бул MOSFET түзмөгүнүн чыңалуусун жана токтун туруштук жөндөмдүүлүгүн бир топ жакшыртат.

Вертикалдык өткөргүч түзүмүндөгү айырмачылыктарга ылайык, ошондой эле VVMOSFETтин вертикалдык өткөргүчтүгүнө жетүү үчүн V түрүндөгү оюкту колдонууга бөлүнөт жана VDMOSFETтин вертикалдык өткөргүч кош диффузиялык MOSFET структурасына ээ (Vertical Double-diffused)MOSFET), бул кагаз негизинен VDMOS түзүлүштөрдүн мисалы катары талкууланат.

Бир нече интегралдык түзүлүш үчүн Power MOSFETs, мисалы, алты бурчтуу бирдикти колдонуу менен Эл аралык түзөткүч (Эл аралык түзөткүч) HEXFET; Siemens (Siemens) SIPMOSFET чарчы бирдигин колдонуу; Motorola (Motorola) TMOS "Pin" формасындагы тик бурчтуу бирдикти колдонуу.

1.2 Power MOSFET иштөө принциби

Кесүү: дренаждык булак мамыларынын ортосунда плюс оң энергия менен камсыздоо, чыңалуу ортосундагы дарбаза булагы мамылары нөлгө барабар. p базалык аймак жана N дрейф аймагы PN түйүнүнүн ортосунда түзүлгөн J1 тескери кыйшаюусу, дренаждык булак уюлдарынын ортосунда агым жок.

Өткөргүчтүк: дарбаза булагы терминалдарынын ортосунда колдонулган оң чыңалуу UGS менен, дарбаза изоляцияланган, ошондуктан эч кандай дарбаза агымы агып кетпейт. Бирок, дарбазанын оң чыңалуусу анын астындагы P-регионундагы тешиктерди түртүп, P-регионундагы олигон-электрондорду дарбазанын астындагы P-аймактын бетине тартат. UT (күйгүзүү чыңалуусу же босого чыңалуу), дарбазанын астындагы Р-аймактын бетиндеги электрондордун концентрациясы тешиктердин концентрациясынан көп болот, ошондуктан P-тип жарым өткөргүч N-түрүнө айланып, тескери катмарга айланат, ал эми инверттелген катмар N-каналды түзөт жана PN түйүнүнүн J1 жок болуп, дренаждык жана булак өткөргүчтүгүн түзөт.

1.3 Power MOSFETтердин негизги мүнөздөмөлөрү

1.3.1 Статикалык мүнөздөмөлөр.

Дренаждык токтун ID жана дарбаза булагы ортосундагы чыңалуу UGS ортосундагы байланыш MOSFETтин өткөрүп берүү мүнөздөмөсү деп аталат, ID чоңураак, ID менен UGS ортосундагы байланыш болжол менен сызыктуу, ал эми ийри сызыктын эңкейиши Gfs өткөргүчтүк катары аныкталат. .

MOSFETтин дренаждык вольт-ампер мүнөздөмөлөрү (чыгаруу мүнөздөмөлөрү): кесүү аймагы (GTRдин кесүү аймагына туура келет); каныккан аймак (ГТРдин күчөтүү аймагына туура келет); каныкпаган аймак (ГТРдин каныккан аймагына туура келет). Кубаттуу MOSFET которуштуруу абалында иштейт, б.а., ал кесилген аймак менен каныкпаган аймактын ортосунда алдыга жана артка которулат. MOSFET кубаттуулугунда дренаждык булактын терминалдарынын ортосунда мите диод бар жана аппарат дренаж булагы терминалдарынын ортосунда тескери чыңалуу колдонулганда иштейт. MOSFET кубаттуулугунун каршылыгы оң температура коэффициентине ээ, ал приборлор параллелдүү туташтырылганда токту теңдөө үчүн ыңгайлуу.

1.3.2 Динамикалык мүнөздөмө;

анын сыноо схемасы жана коммутация процессинин толкун формалары.

күйгүзүү процесси; күйгүзүү кечигүү убактысы td(күйгүзүү) - алдыңкы момент менен uGS = UT жана iD пайда боло баштаган учурдун ортосундагы убакыт аралыгы; көтөрүлүү убактысы tr- uGS uTден UGSP дарбазасынын чыңалуусуна чейин көтөрүлгөн убакыт аралыгы, анда MOSFET каныкпаган аймакка кирет; iD стабилдүү абалынын мааниси дренаждык камсыздоо чыңалуусу, UE жана дренаж менен аныкталат. UGSP чоңдугу iDтин стабилдүү абалына байланыштуу. UGS UGSP жеткенден кийин, ал стабилдүү абалга жеткенге чейин жогору таасири астында көтөрүлө берет, бирок iD өзгөрүлбөйт. Күйгүзүү убактысы тонна-Күйгүзүүнүн кечигүү убактысынын жана көтөрүлүү убактысынын суммасы.

Өчүрүү кечигүү убактысы td(өчүрүү) - iD нөлгө чейин төмөндөй баштаган убакыт аралыгы нөлгө чейин төмөндөйт, Cin Rs жана RG аркылуу разряддалат жана uGS экспоненциалдык ийри сызыкка ылайык UGSPге түшөт.

Falling time tf- uGS UGSPден түшүүнү уланткандан жана iD азайгандан баштап канал uGS < UTде жок болуп, ID нөлгө түшкөнгө чейин убакыт аралыгы. Өчүрүү убактысын өчүрүү- Өчүрүү кечигүү убактысынын жана түшүү убактысынын суммасы.

1.3.3 MOSFET которуу ылдамдыгы.

MOSFET которуштуруу ылдамдыгы жана Cin кубаттоо жана разряддоо чоң байланышка ээ, колдонуучу Cinди азайта албайт, бирок убакыттын туруктуулугун азайтуу үчүн айдоо чынжырынын ички каршылыгын Rs азайта алат, которуштуруу ылдамдыгын тездетүү үчүн, MOSFET политрондук өткөрүмдүүлүккө гана таянат, олиготрондук сактоо эффектиси жок, ошондуктан өчүрүү процесси абдан тез, которуштуруу убактысы 10-100ns, иштөө жыштыгы чейин болушу мүмкүн 100 кГц же андан көп, негизги кубаттуу электрондук түзүлүштөрдүн эң жогоркусу.

Талаадан башкарылуучу түзүлүштөр эс алууда дээрлик эч кандай кириш агымын талап кылбайт. Бирок, которуштуруу процессинде кириш конденсатору заряддалып, разряддалышы керек, бул дагы эле белгилүү бир кыймылдаткыч күчүн талап кылат. Которуу жыштыгы канчалык жогору болсо, диск күчү ошончолук көп талап кылынат.

1.4 Динамикалык аткарууну жакшыртуу

Аппараттын чыңалуусун, токтун, жыштыгын карап чыгууга кошумча, ошондой эле аппаратты кантип коргоону колдонууну өздөштүрүү керек, зыяндын өтмө өзгөрүүлөрүндө аппаратты жасабоо. Албетте, тиристор эки биполярдык транзистордун жыйындысы болуп саналат, ал чоң аймакка байланыштуу чоң сыйымдуулукка ээ, ошондуктан анын dv/dt жөндөмдүүлүгү дагы аялуу. di/dt үчүн ал ошондой эле кеңейтилген өткөрүү аймагынын көйгөйүнө ээ, ошондуктан ал абдан катуу чектөөлөрдү киргизет.

Power MOSFET иши такыр башкача. Анын dv/dt жана di/dt жөндөмдүүлүгү көбүнчө наносекундда (микросекундда эмес) жөндөмү менен бааланат. Бирок ага карабастан, анын динамикалык аткаруу чектөөлөрү бар. Буларды күч MOSFETтин негизги түзүлүшү жагынан түшүнсө болот.

Күчтүү MOSFETтин түзүлүшү жана ага тиешелүү эквиваленттүү схема. Аппараттын дээрлик ар бир бөлүгүндөгү сыйымдуулуктан тышкары, MOSFETде параллелдүү туташтырылган диод бар экенин эске алуу керек. Белгилүү бир көз караштан алганда, мите транзистор да бар. (IGBTте мите тиристор да бар). Бул MOSFETтердин динамикалык жүрүм-турумун изилдөөдө маанилүү факторлор.

Биринчиден, MOSFET түзүмүнө туташтырылган ички диод кээ бир көчкү жөндөмдүүлүгүнө ээ. Бул, адатта, бир кар көчкү жөндөмдүүлүгү жана кайталанма көчкү жөндөмдүүлүгү жагынан көрсөтүлөт. Тескери ди/дт чоң болгондо, диод өтө тез импульстун көтөрүлүшүнө дуушар болот, ал көчкү аймагына кирип, анын көчкү жөндөмдүүлүгүнөн ашкандан кийин аппаратка зыян келтириши мүмкүн. Ар кандай PN түйүндүү диод сыяктуу эле, анын динамикалык мүнөздөмөлөрүн текшерүү өтө татаал. Алар алдыга багытта өткөрүүчү жана тескери багытта бөгөт коюучу PN түйүнүнүн жөнөкөй түшүнүгүнөн абдан айырмаланат. Ток тездик менен төмөндөгөндө, диод тескери калыбына келтирүү убактысы деп аталган убакыттын ичинде тескери блоктоо мүмкүнчүлүгүн жоготот. PN түйүнүнүн тездик менен өткөрүлүшү талап кылынган жана өтө төмөн каршылык көрсөтпөгөн мезгил да бар. Күчтүү MOSFETдеги диодго алдыга инъекция болгондон кийин, инъекцияланган азчылык ташыгычтар да MOSFETтин мультитрондук түзүлүш катары татаалдыгын кошот.

Убактылуу шарттар линия шарттары менен тыгыз байланышта жана бул аспектке колдонууда жетиштүү көңүл буруу керек. Тиешелүү проблемаларды түшүнүүнү жана талдоону жеңилдетүү үчүн аппараттын терең билимине ээ болуу маанилүү.