MOSFET Iwwersiicht

Power MOSFET ass och ënnerdeelt an Kräizung Typ an isoléiert Gate Typ, awer normalerweis bezitt sech haaptsächlech op den isoléierten Gate Typ MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), bezeechent als Power MOSFET (Power MOSFET). Kräizungstyp Kraaftfeldeffekttransistor gëtt allgemeng als elektrostatesch Induktiounstransistor genannt (Static Induction Transistor - SIT). Et ass geprägt vun der Gatespannung fir den Drainstroum ze kontrolléieren, de Drive Circuit ass einfach, erfuerdert wéineg Fuerkraaft, séier Schaltgeschwindegkeet, héich Operatiounsfrequenz, thermesch Stabilitéit ass besser wéi deGTR, awer seng aktuell Kapazitéit ass kleng, niddereg Spannung, allgemeng gëllt nëmme fir Kraaft net méi wéi 10kW vun elektreschen Apparater.

 

1. Power MOSFET Struktur a Betribsprinzip

Power MOSFET Typen: laut dem konduktiven Kanal kann an P-Kanal an N-Kanal opgedeelt ginn. No der Gate Spannung Amplituden kann opgedeelt ginn; Zort vun Ofbau; wann der Gate Volt null ass, wann d'Drain-Quell Pole tëscht der Existenz vun engem Dirigent Kanal, verstäerkte; fir N (P) Kanal Apparat, d'Gate Volt ass méi grouss wéi (manner wéi) null virun der Existenz vun engem Dirigent Kanal, der Muecht MOSFET haaptsächlech N-Kanal verbessert.

 

1.1 PowerMOSFETStruktur　　

Power MOSFET intern Struktur an elektresch Symboler; seng Leedung nëmmen eng Polaritéit Träger (Polys) an der conductive involvéiert, ass en unipolare Transistor. Leedungsmechanismus ass d'selwecht wéi de Low-Power MOSFET, awer d'Struktur huet e groussen Ënnerscheed, de Low-Power MOSFET ass en horizontalen konduktiven Apparat, de Power MOSFET de gréissten Deel vun der vertikaler conductive Struktur, och bekannt als de VMOSFET (Vertical MOSFET) , wat d'MOSFET-Geräterspannung an d'Stroumstandsfäegkeet staark verbessert.

 

Laut den Ënnerscheeder an der vertikaler konduktiver Struktur, awer och ënnerdeelt an d'Benotzung vu V-förmleche Groove fir vertikal Konduktivitéit vum VVMOSFET z'erreechen an huet eng vertikal konduktiv duebel-diffuséiert MOSFET Struktur vun der VDMOSFET (Vertikal Double-diffuséiert)MOSFET), gëtt dëse Pabeier haaptsächlech als Beispill vu VDMOS-Geräter diskutéiert.

 

Power MOSFETs fir Multiple integréiert Struktur, wéi International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET mat engem sechseckegen Eenheet; Siemens (Siemens) SIPMOSFET mat engem Quadrat Eenheet; Motorola (Motorola) TMOS benotzt eng rechteckeg Eenheet mat der "Pin" Form Arrangement.

 

1.2 Power MOSFET Prinzip vun Operatioun

Ausschnëtt: tëscht den Drain-Quellpole plus positiv Energieversuergung, d'Gate-Quellpole tëscht der Spannung ass null. p Basisregioun an N Driftregioun geformt tëscht dem PN Kräizung J1 ëmgedréint Bias, kee Stroum tëscht den Drain-Quellpole.

Konduktivitéit: Mat enger positiver Spannung UGS applizéiert tëscht de Gate-Quellklemmen, ass d'Paart isoléiert, sou datt kee Gatestroum fléisst. Wéi och ëmmer, déi positiv Spannung vum Paart dréckt d'Lächer an der P-Regioun drënner ewech, an lackelt d'Oligonen-Elektronen an der P-Regioun op d'Uewerfläch vun der P-Regioun ënner dem Paar wann d'UGS méi grouss ass wéi UT (Turn-on Volt oder Schwellspannung), d'Konzentratioun vun Elektronen op der Uewerfläch vun der P-Regioun ënner dem Paart wäert méi wéi d'Konzentratioun vu Lächer sinn, sou datt de P-Typ Hallefleit an en N-Typ ëmgewandelt gëtt a gëtt eng ëmgedréint Layer, an der ëmgedréint Layer Formen engem N-Kanal a mécht de PN Kräizung J1 verschwënnt, drain a Quelle konduktiv.

 

1.3 Basis Charakteristiken vun Power MOSFETs

1.3.1 Statesch Charakteristiken.

D'Relatioun tëscht der Drainstroum ID an der Spannung UGS tëscht der Gatequell gëtt den Transfercharakteristik vum MOSFET genannt, ID ass méi grouss, d'Relatioun tëscht ID an UGS ass ongeféier linear, an den Hang vun der Curve ass definéiert als Transkonduktanzen Gfs .

 

D'Drain Volt-Ampere Charakteristiken (Output Charakteristiken) vun der MOSFET: cutoff Regioun (entspriechend der cutoff Regioun vun der GTR); Sättigungsregioun (entspriechend der Amplifikatiounsregioun vum GTR); Net-Sättigungsregioun (entspriechend der Sättigungsregioun vum GTR). D'Kraaft MOSFET funktionnéiert am Schaltzoustand, dh et wiesselt zréck an zréck tëscht der Ausschnëttregioun an der Net-Sättigungsregioun. D'Kraaft MOSFET huet eng parasitär Diode tëscht den Drain-Quellklemmen, an den Apparat féiert wann eng ëmgedréint Spannung tëscht den Drain-Quellklemmen applizéiert gëtt. D'On-State Resistenz vum Power MOSFET huet e positiven Temperaturkoeffizient, deen favorabel ass fir de Stroum auszegläichen wann d'Apparater parallel verbonne sinn.

 

1.3.2 Dynamesch Charakteriséierung;

seng Test Circuit a schalt Prozess waveforms.

De Startprozess; Turn-on Verzögerungszäit td(on) - d'Zäitperiod tëscht dem Moment vum Upfront an dem Moment wou uGS = UT an iD ufänkt ze erschéngen; Opstiegszäit tr- d'Zäitperiod wou uGS vun uT op d'Gatespannung UGSP eropgeet, bei där de MOSFET an déi net gesättegt Regioun erakënnt; de Steady-State-Wäert vun iD gëtt vun der Drain-Versuergungsspannung, UE, an dem Drain bestëmmt. Nodeems UGS UGSP erreecht huet, geet et weider ënner der Handlung vu bis et e stännegen Zoustand erreecht, awer iD ass onverännert. Turn-on Zäit Ton-Zomm vun Turn-on Verzögerung Zäit an Opstig Zäit.

 

Off Verzögerungszäit td (Off) -D'Zäitperiod wou iD fänkt un Null erof vun der Zäit erop op Null ze falen, Cin gëtt duerch Rs a RG entlooss, an uGS fällt op UGSP no enger exponentieller Curve.

 

Fallend Zäit tf- D'Zäitperiod vu wéini uGS weider vun UGSP falen an ID erofgeet bis de Kanal bei uGS <UT verschwënnt an ID op Null fällt. Ausschaltzeit toff- D'Zomm vun der Ausschaltverzögerungszäit an der Hierschtzäit.

 

1.3.3 MOSFET schalt Vitesse.

MOSFET Schaltgeschwindegkeet an Cin Opluedstatioun an Entladung huet eng super Bezéiung, de Benotzer kann Cin net reduzéieren, awer kann de Fuere Circuit intern Resistenz Rs reduzéieren fir d'Zäitkonstant ze reduzéieren, d'Schaltgeschwindegkeet ze beschleunegen, MOSFET vertrauen nëmmen op d'polytronesch Konduktivitéit, et gëtt keen oligotronesche Späichereffekt, an dofir ass de Shutdown-Prozess ganz séier, d'Schaltzäit vun 10-100ns, d'Betribsfrequenz ka bis zu 100kHz oder méi sinn, ass déi héchst vun den Haaptkraaftelektroneschen Apparater.

 

Feldkontrolléiert Geräter erfuerderen bal keen Inputstroum am Rescht. Wéi och ëmmer, während dem Schaltprozess muss den Inputkondensator gelueden an entlooss ginn, wat nach ëmmer eng gewëssen Unzuel u Fuerkraaft erfuerdert. Wat méi héich d'Schaltfrequenz ass, dest méi grouss ass d'Fuerkraaft erfuerderlech.

 

1.4 Dynamic Leeschtung Verbesserung

Nieft der Apparat Applikatioun ze betruecht den Apparat Spannung, aktuell, Frequenz, mä och muss Meeschtesch an der Applikatioun vun wéi den Apparat ze schützen, net den Apparat an der transient Ännerungen am Schued ze maachen. Natierlech ass den Thyristor eng Kombinatioun vun zwee bipolare Transistoren, gekoppelt mat enger grousser Kapazitéit wéinst der grousser Fläch, sou datt seng dv / dt Kapazitéit méi vulnérabel ass. Fir di/dt huet et och e verlängerten Leedungsregiounsproblem, sou datt et och zimlech schwéier Aschränkungen setzt.

De Fall vun der Kraaft MOSFET ass ganz anescht. Seng dv / dt an di / dt Kapazitéit gëtt dacks a punkto Kapazitéit pro Nanosecond geschätzt (anstatt pro Mikrosekonn). Awer trotz dësem huet et dynamesch Leeschtungsbeschränkungen. Dës kënnen am Sënn vun der Basisstruktur vun engem Power MOSFET verstane ginn.

 

D'Struktur vun engem Muecht MOSFET a seng entspriechend gläichwäerteg Circuit. Zousätzlech zu der Kapazitéit an bal all Deel vum Apparat, muss et berücksichtegt ginn datt de MOSFET eng parallel verbonne Diode huet. Aus enger bestëmmter Siicht gëtt et och e parasitären Transistor. (Just wéi en IGBT och e parasitären Thyristor huet). Dëst si wichteg Faktoren an der Studie vum dynamesche Verhalen vu MOSFETs.

 

Als éischt huet déi intrinsesch Diode, déi un der MOSFET Struktur verbonnen ass, e puer Lawinenfäegkeeten. Dëst gëtt normalerweis a punkto eenzeg Lawinefäegkeet a repetitive Lawinefäegkeet ausgedréckt. Wann de ëmgedréint di / dt grouss ass, gëtt d'Diode e ganz schnelle Pulsspike ënnerworf, deen d'Potenzial huet fir an d'Lawinregioun anzegoen a potenziell den Apparat ze beschiedegen wann seng Lawinefäegkeet iwwerschratt ass. Wéi mat all PN Kräizung Diode, seng dynamesch Charakteristiken ze iwwerpréiwen ass zimlech komplex. Si si ganz anescht wéi dat einfacht Konzept vun engem PN Kräizung, deen an der Forward Richtung féiert an an der ëmgedréint Richtung blockéiert. Wann de Stroum séier fällt, verléiert d'Diode seng ëmgedréint Blockéierungsfäegkeet fir eng Zäitzäit bekannt als ëmgedréint Erhuelungszäit. et gëtt och eng Zäit wou de PN Kräizung erfuerderlech ass fir séier ze féieren an net eng ganz niddereg Resistenz ze weisen. Wann et eng Forward Injektioun an d'Diode an engem Power MOSFET gëtt, addéieren d'Minoritéitscarrieren och d'Komplexitéit vum MOSFET als Multitronic Apparat.

 

Transient Konditioune sinn enk mat Linn Konditiounen Zesummenhang, an dësem Aspekt soll genuch Opmierksamkeet an der Applikatioun ginn. Et ass wichteg en am-Déift Wëssen iwwer den Apparat ze hunn fir d'Verständnis an d'Analyse vun den entspriechende Probleemer ze erliichteren.