MOSFET-ийн тойм

Power MOSFET нь холболтын төрөл ба тусгаарлагдсан хаалганы төрөлд хуваагддаг боловч ихэвчлэн MOSFET (метал ислийн хагас дамжуулагч FET) тусгаарлагдсан хаалганы төрөлд хамаарах бөгөөд үүнийг цахилгаан MOSFET (Power MOSFET) гэж нэрлэдэг. Холболтын төрлийн цахилгаан талбайн эффект транзисторыг ерөнхийд нь электростатик индукцийн транзистор (Статик индукцийн транзистор - SIT) гэж нэрлэдэг. Энэ нь ус зайлуулах гүйдлийг хянах хаалганы хүчдэлээр тодорхойлогддог, хөтчийн хэлхээ нь энгийн, бага хүч шаарддаг, хурдан шилжих хурд, өндөр давтамжтай, дулааны тогтвортой байдалGTR, гэхдээ түүний одоогийн хүчин чадал нь бага, бага хүчдэлтэй, ерөнхийдөө зөвхөн 10кВт-аас ихгүй цахилгаан эрчим хүчний цахилгаан төхөөрөмжүүдэд хамаарна.

1. Power MOSFET-ийн бүтэц, ажиллах зарчим

Эрчим хүчний MOSFET төрлүүд: дамжуулагч сувгийн дагуу P-суваг ба N-суваг болгон хувааж болно. Хаалганы хүчдэлийн далайцын дагуу дараахь байдлаар хувааж болно. хомсдолын төрөл; дамжуулагч сувгийн оршин тогтнох хооронд ус зайлуулах эх үүсвэрийн туйл, сайжруулсан үед хаалганы хүчдэл тэг байх үед; N (P) сувгийн төхөөрөмжийн хувьд дамжуулагч суваг үүсэхээс өмнө хаалганы хүчдэл тэгээс их (бага) байвал MOSFET-ийн хүчийг голчлон N-суваг сайжруулдаг.

1.1 Эрчим хүчMOSFETбүтэц　　

Power MOSFET дотоод бүтэц ба цахилгаан тэмдэг; түүний дамжуулалт нь зөвхөн нэг туйлт тээвэрлэгч (полис) дамжуулагч оролцдог, нэг туйлт транзистор юм. Дамжуулах механизм нь бага чадалтай MOSFET-тэй ижил боловч бүтэц нь том ялгаатай, бага чадлын MOSFET нь хэвтээ дамжуулагч төхөөрөмж, MOSFET-ийн хүч нь босоо дамжуулагчийн ихэнх хэсэг бөгөөд үүнийг VMOSFET (Босоо MOSFET) гэж нэрлэдэг. , энэ нь MOSFET төхөөрөмжийн хүчдэл болон гүйдлийг тэсвэрлэх чадварыг ихээхэн сайжруулдаг.

Босоо дамжуулагч бүтцийн ялгааны дагуу, гэхдээ VVMOSFET-ийн босоо дамжуулалтыг хангахын тулд V хэлбэрийн ховилыг ашиглахад хуваагддаг бөгөөд VDMOSFET-ийн босоо дамжуулагч давхар сарнисан MOSFET бүтэцтэй (Босоо давхар сарнисан)MOSFET), энэ баримт бичгийг VDMOS төхөөрөмжүүдийн жишээ болгон голчлон авч үзсэн болно.

Олон улсын Шулуутгагч (Олон улсын Шулуутгагч) HEXFET гэх мэт зургаан өнцөгт нэгжийг ашиглан олон тооны нэгдсэн бүтцэд зориулсан хүчирхэг MOSFET; Siemens (Siemens) SIPMOSFET квадрат нэгж ашиглан; Motorola (Motorola) TMOS нь тэгш өнцөгт нэгжийг "Зүү" хэлбэрийн зохицуулалтаар ашигладаг.

1.2 Power MOSFET үйл ажиллагааны зарчим

Таслах: ус зайлуулах эх үүсвэрийн туйлуудын хооронд эерэг тэжээлийн эх үүсвэр, хүчдэлийн хоорондох хаалганы эх үүсвэрийн туйлууд тэг байна. p суурийн бүс ба N шилжилтийн бүс PN уулзвар J1 хооронд үүссэн урвуу хазайлт, ус зайлуулах эх үүсвэрийн туйлуудын хооронд гүйдэл байхгүй.

Дамжуулах чадвар: Хаалганы эх үүсвэрийн терминалуудын хооронд эерэг хүчдэлийн UGS хэрэглэснээр хаалга нь тусгаарлагдсан тул хаалганы гүйдэл урсахгүй. Гэсэн хэдий ч хаалганы эерэг хүчдэл нь түүний доорх P муж дахь нүхийг түлхэж, UGS-ээс их байх үед хаалганы доорх P бүсийн гадаргуу руу P муж дахь олигон-электронуудыг татах болно. UT (асаах хүчдэл эсвэл босго хүчдэл), хаалганы доорх P-бүсийн гадаргуу дээрх электронуудын концентраци нь нүхний концентрацаас илүү байх тул P-төрөл нь хагас дамжуулагч нь N хэлбэрийн урвуу болж урвуу давхарга болж, урвуу давхарга нь N-сувгийг үүсгэж, PN уулзвар J1 алга болж, ус зайлуулах, эх үүсвэрийг дамжуулдаг.

1.3 Power MOSFET-ийн үндсэн шинж чанарууд

1.3.1 Статик шинж чанар.

Хаалганы эх үүсвэрийн хоорондох drain гүйдлийн ID ба хүчдэлийн UGS хоорондын хамаарлыг MOSFET-ийн дамжуулах шинж чанар гэж нэрлэдэг бөгөөд ID нь илүү том, ID ба UGS хоорондын хамаарал нь ойролцоогоор шугаман, муруйн налууг дамжуулагч Gfs гэж тодорхойлдог. .

MOSFET-ийн ус зайлуулах вольт-амперийн шинж чанар (гаралтын шинж чанар): захын бүс (GTR-ийн таслах бүсэд харгалзах); ханасан бүс (GTR-ийн олшруулалтын бүсэд харгалзах); ханалтын бус бүс (GTR-ийн ханалтын мужид харгалзах). Эрчим хүчний MOSFET нь сэлгэн залгах төлөвт ажилладаг, өөрөөр хэлбэл, таслах бүс ба ханалтын бус бүс хооронд нааш цааш шилжинэ. Эрчим хүчний MOSFET нь ус зайлуулах эх үүсвэрийн терминалуудын хооронд паразит диодтой бөгөөд ус зайлуулах эх үүсвэрийн терминалуудын хооронд урвуу хүчдэл хэрэглэх үед төхөөрөмж дамжуулдаг. MOSFET-ийн хүчдэлийн эсэргүүцэл нь эерэг температурын коэффициенттэй бөгөөд энэ нь төхөөрөмжүүд зэрэгцээ холбогдсон үед гүйдлийг тэнцвэржүүлэхэд таатай байдаг.

1.3.2 Динамик шинж чанар;

түүний туршилтын хэлхээ ба шилжих процессын долгионы хэлбэрүүд.

асаах үйл явц; асаах саатлын хугацаа td(on) - урд талын мөч ба uGS = UT ба iD гарч ирэх мөч хүртэлх хугацаа; өсөлтийн хугацаа tr- uGS нь uT-аас UGSP-ийн хаалганы хүчдэл хүртэл өсөх үед MOSFET нь ханасан бус бүсэд орох хугацаа; iD-ийн тогтвортой төлөвийн утгыг drain тэжээлийн хүчдэл, UE ба drain-ээр тодорхойлно. UGSP-ийн хэмжээ нь iD-ийн тогтвортой төлөвийн утгатай холбоотой. UGS UGSP-д хүрсний дараа энэ нь тогтвортой байдалд хүрэх хүртэл дээшлэх үйл ажиллагааны дор өссөөр байх боловч iD өөрчлөгдөөгүй. Асаах хугацаа тонн-Асаах саатал болон босох хугацааны нийлбэр.

Унтраах саатлын хугацаа td(унтраах) -Өсөх хугацаанаас iD тэг болж буурч эхлэх хугацаа тэг болж, Cin Rs ба RG-ээр ялгарч, uGS экспоненциал муруй дагуу UGSP-д унадаг.

Falling time tf- uGS UGSP-ээс үргэлжлүүлэн буурч, iD буурах үеэс эхлэн uGS < UT үед суваг алга болж, ID тэг болж буурах хүртэлх хугацаа. Унтраах хугацаа - Унтраах саатал ба уналтын хугацааны нийлбэр.

1.3.3 MOSFET шилжих хурд.

MOSFET солих хурд ба Cin цэнэглэх, цэнэглэх нь маш сайн харилцаатай тул хэрэглэгч Cin-ийг бууруулж чадахгүй, харин жолоодлогын хэлхээний дотоод эсэргүүцлийг Rs багасгаж, цаг хугацааны тогтмолыг багасгах, шилжих хурдыг хурдасгахын тулд MOSFET нь зөвхөн политроник дамжуулалт дээр тулгуурладаг. олиготроник хадгалах нөлөө байхгүй тул унтрах үйл явц маш хурдан, шилжих хугацаа 10-100 ns, үйл ажиллагааны давтамж хүртэл байж болно. 100 кГц ба түүнээс дээш давтамж нь цахилгаан эрчим хүчний гол төхөөрөмжүүдийн хамгийн өндөр нь юм.

Хээрийн удирдлагатай төхөөрөмжүүд нь амрах үед бараг ямар ч оролтын гүйдэл шаарддаггүй. Гэсэн хэдий ч шилжих явцад оролтын конденсаторыг цэнэглэж, цэнэггүй болгох шаардлагатай бөгөөд энэ нь тодорхой хэмжээний жолоодлогын хүчийг шаарддаг. Сэлгэн залгах давтамж өндөр байх тусам хөтчийн хүч шаардагдах болно.

1.4 Гүйцэтгэлийн динамик сайжруулалт

Төхөөрөмжийн хэрэглээнээс гадна төхөөрөмжийн хүчдэл, гүйдэл, давтамж зэргийг харгалзан үзэхээс гадна төхөөрөмжийг хэрхэн хамгаалах талаар эзэмшсэн байх ёстой бөгөөд эвдрэлийн түр зуурын өөрчлөлтөд төхөөрөмжийг хийхгүй байх ёстой. Мэдээжийн хэрэг тиристор нь хоёр туйлт транзисторын нэгдэл бөгөөд том талбайн улмаас том багтаамжтай хосолсон тул dv/dt чадвар нь илүү эмзэг байдаг. di/dt-ийн хувьд энэ нь мөн өргөтгөсөн дамжуулалтын бүсийн асуудалтай тул нэлээд хатуу хязгаарлалт тавьдаг.

Эрчим хүчний MOSFET-ийн хэрэг огт өөр юм. Түүний dv/dt болон di/dt чадавхийг ихэвчлэн наносекундэд (микросекунд гэхээсээ илүү) чадамжаар тооцдог. Гэсэн хэдий ч энэ нь динамик гүйцэтгэлийн хязгаарлалттай байдаг. Эдгээрийг хүчирхэг MOSFET-ийн үндсэн бүтцийн хувьд ойлгож болно.

Эрчим хүчний MOSFET-ийн бүтэц ба түүнд харгалзах эквивалент хэлхээ. Төхөөрөмжийн бараг бүх хэсэгт багтаамжаас гадна MOSFET нь зэрэгцээ холбогдсон диодтой гэдгийг анхаарч үзэх хэрэгтэй. Тодорхой өнцгөөс харахад шимэгч транзистор бас байдаг. (IGBT нь шимэгч тиристортой байдагтай адил). Эдгээр нь MOSFET-ийн динамик зан үйлийг судлах чухал хүчин зүйлүүд юм.

Юуны өмнө MOSFET бүтцэд бэхлэгдсэн дотоод диод нь нуранги нурах чадвартай байдаг. Энэ нь ихэвчлэн нэг удаагийн нуранги болон давтагдах нуралтын чадвараар илэрхийлэгддэг. Урвуу di/dt их байх үед диод нь маш хурдан импульсийн цохилтонд өртдөг бөгөөд энэ нь нуралтын бүсэд нэвтэрч, нуралтын хүчин чадал нь хэтэрсэн тохиолдолд төхөөрөмжийг гэмтээж болзошгүй юм. Аливаа PN уулзвар диодын нэгэн адил түүний динамик шинж чанарыг шалгах нь нэлээд төвөгтэй байдаг. Эдгээр нь урагшаа чиглүүлж, урвуу чиглэлд блоклодог PN уулзвар гэсэн энгийн ойлголтоос тэс өөр юм. Гүйдэл хурдан буурах үед диод нь урвуу сэргээх хугацаа гэж нэрлэгддэг хугацааны туршид урвуу хаах чадвараа алддаг. Мөн PN-ийн уулзвар хурдан явуулах шаардлагатай бөгөөд маш бага эсэргүүцэл үзүүлэхгүй байх үе байдаг. Эрчим хүчний MOSFET-ийн диод руу шууд шахах үед тарьсан цөөнхийн зөөвөрлөгчүүд нь MOSFET-ийн мултитроник төхөөрөмж болгон нарийн төвөгтэй байдлыг нэмэгдүүлдэг.

Түр зуурын нөхцөлүүд нь шугамын нөхцөлтэй нягт холбоотой байдаг бөгөөд энэ тал дээр хэрэглээнд хангалттай анхаарал хандуулах хэрэгтэй. Холбогдох асуудлуудыг ойлгох, дүн шинжилгээ хийхэд хялбар болгохын тулд төхөөрөмжийн талаар гүнзгий мэдлэгтэй байх нь чухал юм.