Потужний МОП-транзистор також поділяється на транзистор із з’єднанням та ізольованим затвором, але зазвичай це стосується МОП-транзистору з ізольованим затвором (металооксидно-напівпровідниковий транзистор), який називається силовим МОП-транзистором (силовий МОП-транзистор). Силовий польовий транзистор з переходом зазвичай називають електростатичним індукційним транзистором (Static Induction Transistor - SIT). Він характеризується напругою затвора для керування струмом стоку, схема приводу проста, вимагає невеликої потужності приводу, швидка швидкість перемикання, висока робоча частота, термічна стабільність краща, ніж уGTR, але його поточна потужність невелика, низька напруга, як правило, застосовується лише до потужності не більше 10 кВт силових електронних пристроїв.
1. Структура силового MOSFET і принцип дії
Типи потужності MOSFET: відповідно до провідного каналу можна розділити на P-канал і N-канал. Відповідно до амплітуди напруги затвора можна розділити на; вид виснаження; коли напруга затвора дорівнює нулю, коли полюс стік-витік між існуванням провідного каналу посилено; для N (P)-канального пристрою напруга на затворі більше (менше) нуля до існування провідного каналу, потужність MOSFET в основному посилена N-каналом.
1.1 ПотужністьMOSFETструктура
Силовий MOSFET внутрішня структура та електричні символи; його провідність тільки однієї полярності носіїв (поліс), що беруть участь в провідності, є уніполярний транзистор. Провідний механізм такий самий, як і малопотужний MOSFET, але структура має велику різницю, малопотужний MOSFET є горизонтальним провідним пристроєм, силовий MOSFET більшою частиною вертикальної провідної структури, також відомий як VMOSFET (вертикальний MOSFET) , що значно покращує здатність MOSFET пристрою витримувати напругу та струм.
Відповідно до відмінностей у вертикальній провідній структурі, але також розділений на використання V-подібної канавки для досягнення вертикальної провідності VVMOSFET і має вертикальну провідну подвійну дифузну структуру MOSFET VDMOSFET (Вертикальна подвійна дифузіяMOSFET), ця стаття в основному обговорюється як приклад пристроїв VDMOS.
Потужність МОП-транзисторів для кількох інтегрованих структур, таких як міжнародний випрямляч (International Rectifier) HEXFET з використанням гексагонального блоку; Siemens (Сіменс) SIPMOSFET з використанням квадратного блоку; Motorola (Motorola) TMOS з використанням прямокутного блоку за формою «Pin».
1.2 Принцип роботи силового MOSFET
Відсічення: між полюсами стік-витік плюс позитивне джерело живлення, між полюсами затвор-витік напруга дорівнює нулю. базова область p і дрейфова область N, утворені між зворотним зміщенням PN-переходу J1, відсутність струму між полюсами витік-витік.
Провідність: при позитивній напрузі UGS між клемами затвор-витік затвор ізольований, тому струм затвора не тече. Однак позитивна напруга затвора відштовхне дірки в P-області під ним і притягне олігони-електрони в P-області до поверхні P-області під затвором, коли UGS більше, ніж UT (напруга включення або порогова напруга), концентрація електронів на поверхні P-області під затвором буде більше, ніж концентрація дірок, так що напівпровідник P-типу інвертується в N-тип і стає інвертований шар, і інвертований шар утворює N-канал і змушує PN-перехід J1 зникати, стік і джерело провідні.
1.3 Основні характеристики силових MOSFET
1.3.1 Статичні характеристики.
Співвідношення між струмом стоку ID і напругою UGS між джерелом затвора називається передавальною характеристикою MOSFET, ID більший, зв’язок між ID і UGS приблизно лінійний, а нахил кривої визначається як транспровідність Gfs .
Вольт-амперні характеристики стоку (вихідні характеристики) MOSFET: область зрізу (відповідає області зрізу GTR); область насичення (відповідає області підсилення ГТР); область ненасичення (відповідає області насичення ГТР). Потужний MOSFET працює в стані перемикання, тобто він перемикається вперед і назад між областю відсічення та областю ненасичення. Потужний MOSFET має паразитний діод між клемами сток-витік, і пристрій проводить провідність, коли між клемами сток-витік подається зворотна напруга. Опір у відкритому стані силового MOSFET має позитивний температурний коефіцієнт, що сприятливо для вирівнювання струму, коли пристрої з’єднані паралельно.
1.3.2 Динамічна характеристика;
його тестове коло та сигнали процесу перемикання.
Процес включення; час затримки включення td(on) - проміжок часу між моментом фронту і моментом, коли uGS = UT і iD починає з'являтися; час наростання tr - період часу, коли uGS зростає від uT до напруги затвора UGSP, за якого MOSFET потрапляє в ненасичену область; Стаціонарне значення iD визначається напругою живлення стоку, UE, і величина стоку UGSP пов’язана зі стаціонарним значенням iD. Після того як UGS досягає UGSP, він продовжує зростати під дією до тих пір, поки не досягне стаціонарного стану, але iD не змінюється. Час увімкнення ton-сума часу затримки ввімкнення та часу наростання.
Час затримки вимкнення td(off) – період часу, коли iD починає зменшуватися до нуля, починаючи з моменту падіння до нуля, Cin розряджається через Rs і RG, а uGS падає до UGSP відповідно до експоненціальної кривої.
Час падіння tf – період часу, починаючи з моменту, коли uGS продовжує падати від UGSP і iD зменшується, доки канал не зникає при uGS < UT і ID падає до нуля. Час вимкнення toff - сума часу затримки вимкнення та часу спаду.
1.3.3 Швидкість перемикання MOSFET.
Швидкість перемикання MOSFET і заряджання та розрядження Cin мають відмінне співвідношення, користувач не може зменшити Cin, але може зменшити внутрішній опір Rs ланцюга керування, щоб зменшити постійну часу, щоб прискорити швидкість перемикання, MOSFET покладається лише на політронну провідність, немає оліготронного ефекту накопичення, і, отже, процес вимкнення дуже швидкий, час перемикання 10-100 нс, робоча частота може досягати 100 кГц або більше, є найвищим серед основних енергетичних електронних пристроїв.
Пристрої з польовим керуванням майже не потребують вхідного струму в стані спокою. Однак під час процесу перемикання вхідний конденсатор потрібно заряджати та розряджати, що все ще вимагає певної потужності приводу. Чим вища частота перемикання, тим більша потрібна потужність приводу.
1.4 Покращення динамічних характеристик
На додаток до застосування пристрою слід враховувати напругу, струм, частоту пристрою, але також необхідно освоїти застосування того, як захистити пристрій, щоб не робити пристрій у тимчасових змінах у пошкодженні. Звичайно, тиристор — це комбінація двох біполярних транзисторів, які мають велику ємність через велику площу, тому його здатність dv/dt більш вразлива. Для di/dt він також має проблему розширеної області провідності, тому він також накладає досить суворі обмеження.
Випадок силового MOSFET зовсім інший. Його здатність dv/dt і di/dt часто оцінюється в термінах здатності на наносекунду (а не на мікросекунду). Але незважаючи на це, він має обмеження динамічної продуктивності. Це можна зрозуміти з точки зору базової структури силового MOSFET.
Структура силового MOSFET та його відповідної еквівалентної схеми. На додаток до ємності майже в кожній частині пристрою, слід враховувати, що MOSFET має діод, підключений паралельно. З певної точки зору існує також паразитний транзистор. (Так само, як IGBT також має паразитний тиристор). Це важливі фактори у вивченні динамічної поведінки MOSFET.
По-перше, власний діод, прикріплений до структури MOSFET, має деяку лавиноподібну здатність. Зазвичай це виражається в термінах здатності до сходження одноразової лавини та здатності до повторних лавин. Коли зворотний di/dt великий, діод піддається дуже швидкому імпульсному сплеску, який може потрапити в лавиноподібну область і потенційно пошкодити пристрій, коли його лавиноздатність буде перевищена. Як і для будь-якого діода з PN-переходом, перевірка його динамічних характеристик досить складна. Вони дуже відрізняються від простої концепції PN-переходу, що проводить у прямому напрямку та блокує у зворотному напрямку. Коли струм швидко падає, діод втрачає здатність зворотного блокування на період часу, відомий як час зворотного відновлення. є також період часу, коли PN-перехід повинен швидко проводити і не показувати дуже низький опір. Після прямої інжекції в діод силового MOSFET, введені неосновні носії також додають складності MOSFET як мультитронного пристрою.
Перехідні умови тісно пов'язані з умовами лінії, і цьому аспекту слід приділяти достатню увагу в застосуванні. Важливо мати глибокі знання про пристрій, щоб полегшити розуміння та аналіз відповідних проблем.
Час публікації: 18 квітня 2024 р
