Visió general del MOSFET

El MOSFET de potència també es divideix en tipus d'unió i tipus de porta aïllada, però normalment es refereix principalment al tipus de porta aïllada MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), anomenat MOSFET de potència (Power MOSFET). El transistor d'efecte de camp de potència tipus unió s'anomena generalment transistor d'inducció electrostàtica (Static Induction Transistor - SIT). Es caracteritza per la tensió de la porta per controlar el corrent de drenatge, el circuit d'accionament és senzill, requereix poca potència d'accionament, velocitat de commutació ràpida, alta freqüència de funcionament, l'estabilitat tèrmica és millor que laGTR, però la seva capacitat actual és petita i de baixa tensió, generalment només s'aplica a una potència de no més de 10 kW de dispositius electrònics de potència.

 

1. Estructura MOSFET de potència i principi de funcionament

Tipus de MOSFET de potència: segons el canal conductor, es pot dividir en canal P i canal N. Segons l'amplitud de tensió de la porta es pot dividir en; tipus d'esgotament; quan la tensió de la porta és zero quan el pol de drenatge-font entre l'existència d'un canal conductor, millorat; per al dispositiu de canal N (P), la tensió de la porta és superior a (menor que) zero abans de l'existència d'un canal conductor, el MOSFET de potència es millora principalment per canal N.

 

1.1 PotènciaMOSFETestructura　　

Estructura interna del MOSFET de potència i símbols elèctrics; la seva conducció només un portador de polaritat (polys) implicat en el conductor, és un transistor unipolar. El mecanisme de conducció és el mateix que el MOSFET de baixa potència, però l'estructura té una gran diferència, el MOSFET de baixa potència és un dispositiu conductor horitzontal, el MOSFET de potència la majoria de l'estructura conductora vertical, també coneguda com a VMOSFET (MOSFET vertical) , que millora molt la tensió del dispositiu MOSFET i la capacitat de suport del corrent.

 

D'acord amb les diferències en l'estructura conductora vertical, però també es divideix en l'ús de ranures en forma de V per aconseguir la conductivitat vertical del VVMOSFET i té una estructura MOSFET de doble difusió conductora vertical del VDMOSFET (Vertical de doble difusió).MOSFET), aquest article es discuteix principalment com a exemple de dispositius VDMOS.

 

MOSFET de potència per a múltiples estructures integrades, com ara International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET que utilitza una unitat hexagonal; Siemens (Siemens) SIPMOSFET utilitzant una unitat quadrada; Motorola (Motorola) TMOS utilitzant una unitat rectangular per la disposició de forma "Pin".

 

1.2 Principi de funcionament del MOSFET de potència

Tall: entre els pols de la font de drenatge més la font d'alimentació positiva, els pols de la font de la porta entre la tensió són zero. La regió de base p i la regió de deriva N formada entre la unió PN J1 polarització inversa, sense flux de corrent entre els pols de la font de drenatge.

Conductivitat: amb una tensió positiva UGS aplicada entre els terminals de la font de la porta, la porta està aïllada, de manera que no circula cap corrent de porta. Tanmateix, la tensió positiva de la porta allunyarà els forats de la regió P que hi ha a sota i atraurà els oligons-electrons de la regió P a la superfície de la regió P per sota de la porta quan l'UGS sigui més gran que la UT (tensió d'encesa o tensió llindar), la concentració d'electrons a la superfície de la regió P sota la porta serà superior a la concentració de forats, de manera que el semiconductor de tipus P s'inverteix en un tipus N i es converteix en una capa invertida, i la capa invertida forma un canal N i fa que la unió PN J1 desaparegui, dreni i font conductora.

 

1.3 Característiques bàsiques dels MOSFET de potència

1.3.1 Característiques estàtiques.

La relació entre el corrent de drenatge ID i la tensió UGS entre la font de la porta s'anomena característica de transferència del MOSFET, l'ID és més gran, la relació entre ID i UGS és aproximadament lineal i el pendent de la corba es defineix com la transconductància Gfs. .

 

Les característiques de drenatge volt-ampere (característiques de sortida) del MOSFET: regió de tall (corresponent a la regió de tall del GTR); regió de saturació (corresponent a la regió d'amplificació del GTR); regió de no saturació (corresponent a la regió de saturació del GTR). El MOSFET de potència funciona en l'estat de commutació, és a dir, canvia entre la regió de tall i la regió de no saturació. El MOSFET de potència té un díode paràsit entre els terminals de la font de drenatge i el dispositiu condueix quan s'aplica una tensió inversa entre els terminals de la font de drenatge. La resistència d'estat del MOSFET de potència té un coeficient de temperatura positiu, que és favorable per igualar el corrent quan els dispositius estan connectats en paral·lel.

 

1.3.2 Caracterització dinàmica;

el seu circuit de prova i les formes d'ona del procés de commutació.

El procés d'encesa; temps de retard a l'engegada td(on) - el període de temps entre el moment del davant i el moment en què uGS = UT i iD comença a aparèixer; temps de pujada tr- el període de temps en què uGS puja des de uT fins a la tensió de porta UGSP en què el MOSFET entra a la regió no saturada; el valor d'estat estacionari d'iD està determinat per la tensió d'alimentació del drenatge, UE i el drenatge. La magnitud de l'UGSP està relacionada amb el valor d'estat estacionari d'iD. Un cop UGS arriba a UGSP, continua augmentant sota l'acció de up fins que arriba a l'estat estacionari, però iD no canvia. Tones de temps d'encesa: suma del temps de retard d'encesa i temps de pujada.

 

Temps de retard d'apagat td(off) -El període de temps en què iD comença a disminuir a zero des del moment en què cau a zero, Cin es descarrega a través de Rs i RG, i uGS cau a UGSP segons una corba exponencial.

 

Temps de caiguda tf- El període de temps des que uGS continua baixant d'UGSP i iD disminueix fins que el canal desapareix a uGS < UT i ID cau a zero. Temps d'apagada toff- La suma del temps de retard d'apagada i el temps de caiguda.

 

1.3.3 Velocitat de commutació MOSFET.

La velocitat de commutació MOSFET i la càrrega i descàrrega de Cin tenen una gran relació, l'usuari no pot reduir Cin, però pot reduir la resistència interna del circuit de conducció Rs per reduir la constant de temps, per accelerar la velocitat de commutació, MOSFET només confia en la conductivitat politrònica, no hi ha efecte d'emmagatzematge oligotrònic i, per tant, el procés d'apagada és molt ràpid, el temps de commutació de 10-100 ns, la freqüència de funcionament pot ser de fins a 100 kHz o més, és el més alt dels dispositius electrònics de potència principal.

 

Els dispositius controlats per camp no requereixen gairebé cap corrent d'entrada en repòs. Tanmateix, durant el procés de commutació, el condensador d'entrada s'ha de carregar i descarregar, que encara requereix una certa potència de conducció. Com més gran sigui la freqüència de commutació, més gran serà la potència requerida.

 

1.4 Millora del rendiment dinàmic

A més de l'aplicació del dispositiu per tenir en compte la tensió del dispositiu, el corrent, la freqüència, però també ha de dominar l'aplicació de com protegir el dispositiu, no fer que el dispositiu en els canvis transitoris en el dany. Per descomptat, el tiristor és una combinació de dos transistors bipolars, juntament amb una gran capacitat a causa de la gran àrea, de manera que la seva capacitat dv/dt és més vulnerable. Per a di/dt també té un problema de regió de conducció estès, de manera que també imposa limitacions força severes.

El cas del MOSFET de potència és força diferent. La seva capacitat dv/dt i di/dt sovint s'estima en termes de capacitat per nanosegon (en lloc de per microsegon). Però malgrat això, té limitacions de rendiment dinàmics. Aquests es poden entendre en termes de l'estructura bàsica d'un MOSFET de potència.

 

L'estructura d'un MOSFET de potència i el seu circuit equivalent corresponent. A més de la capacitat de gairebé totes les parts del dispositiu, cal tenir en compte que el MOSFET té un díode connectat en paral·lel. Des d'un cert punt de vista, també hi ha un transistor paràsit. (De la mateixa manera que un IGBT també té un tiristor paràsit). Aquests són factors importants en l'estudi del comportament dinàmic dels MOSFET.

 

En primer lloc, el díode intrínsec connectat a l'estructura MOSFET té una certa capacitat d'allau. Això s'expressa normalment en termes de capacitat d'allau única i capacitat d'allau repetitiva. Quan el di/dt invers és gran, el díode està sotmès a un pic de pols molt ràpid, que té el potencial d'entrar a la regió de l'allau i danyar potencialment el dispositiu un cop superada la seva capacitat d'allau. Com amb qualsevol díode d'unió PN, examinar les seves característiques dinàmiques és bastant complex. Són molt diferents del concepte simple d'una unió PN conduint en la direcció cap endavant i bloquejant en la direcció inversa. Quan el corrent cau ràpidament, el díode perd la seva capacitat de bloqueig invers durant un període de temps conegut com a temps de recuperació inversa. també hi ha un període de temps en què la unió PN ha de conduir ràpidament i no mostra una resistència molt baixa. Una vegada que hi ha una injecció directa al díode en un MOSFET de potència, els portadors minoritaris injectats també augmenten la complexitat del MOSFET com a dispositiu multitrònic.

 

Les condicions transitòries estan estretament relacionades amb les condicions de la línia, i aquest aspecte s'ha de prestar prou atenció en l'aplicació. És important tenir un coneixement profund del dispositiu per tal de facilitar la comprensió i anàlisi dels problemes corresponents.