MOSFET-overzicht

Vermogens-MOSFET is ook onderverdeeld in het junctietype en het geïsoleerde poorttype, maar verwijst meestal voornamelijk naar het geïsoleerde poorttype MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), ook wel vermogens-MOSFET (Power MOSFET) genoemd. Een vermogensveldeffecttransistor van het junctietype wordt doorgaans een elektrostatische inductietransistor (Static Induction Transistor - SIT) genoemd. Het wordt gekenmerkt door de poortspanning om de afvoerstroom te regelen, het aandrijfcircuit is eenvoudig, vereist weinig aandrijfvermogen, hoge schakelsnelheid, hoge werkfrequentie, thermische stabiliteit is beter dan deGTR, maar de huidige capaciteit is klein, lage spanning, is over het algemeen alleen van toepassing op stroom van niet meer dan 10 kW aan elektronische apparaten.

1. Power MOSFET-structuur en werkingsprincipe

Vermogens-MOSFET-typen: kunnen volgens het geleidende kanaal worden verdeeld in P-kanaal en N-kanaal. Volgens de poortspanningsamplitude kan worden verdeeld in; uitputtingstype; wanneer de poortspanning nul is wanneer de drain-source-pool tussen het bestaan ​​van een geleidend kanaal wordt vergroot; voor een N (P)-kanaalapparaat is de poortspanning groter dan (minder dan) nul voordat er een geleidend kanaal bestaat, de vermogens-MOSFET is voornamelijk N-kanaal verbeterd.

1.1 KrachtMOSFETstructuur　　

Power MOSFET interne structuur en elektrische symbolen; zijn geleiding slechts één polariteitsdragers (polys) die betrokken zijn bij de geleidende, is een unipolaire transistor. Het geleidende mechanisme is hetzelfde als de MOSFET met laag vermogen, maar de structuur heeft een groot verschil, de MOSFET met laag vermogen is een horizontaal geleidend apparaat, de vermogens-MOSFET het grootste deel van de verticale geleidende structuur, ook bekend als de VMOSFET (Verticale MOSFET) , wat de spanning en stroomsterkte van het MOSFET-apparaat aanzienlijk verbetert.

Volgens de verschillen in de verticale geleidende structuur, maar ook verdeeld in het gebruik van V-vormige groef om verticale geleidbaarheid van de VVMOSFET te bereiken en heeft een verticale geleidende dubbel-diffuus MOSFET-structuur van de VDMOSFET (Vertical Double-diffusedMOSFET), wordt dit artikel voornamelijk besproken als voorbeeld van VDMOS-apparaten.

Vermogens-MOSFET's voor meerdere geïntegreerde structuren, zoals International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET met behulp van een zeshoekige eenheid; Siemens (Siemens) SIPMOSFET met behulp van een vierkante eenheid; Motorola (Motorola) TMOS gebruikt een rechthoekige eenheid volgens de "Pin" -vorm.

1.2 Vermogens-MOSFET-werkingsprincipe

Cut-off: tussen de drain-source-polen plus positieve voeding zijn de gate-source-polen tussen de spanning nul. p-basisgebied en N-driftgebied gevormd tussen de PN-overgang J1 omgekeerde voorspanning, geen stroom tussen de drain-source-polen.

Geleidbaarheid: Wanneer er een positieve spanning UGS wordt aangelegd tussen de gate-source-aansluitingen, is de gate geïsoleerd, zodat er geen gate-stroom vloeit. De positieve spanning van de poort zal echter de gaten in het P-gebied eronder wegduwen en de oligonen-elektronen in het P-gebied naar het oppervlak van het P-gebied onder de poort aantrekken wanneer de UGS groter is dan de UT (inschakelspanning of drempelspanning), zal de concentratie van elektronen op het oppervlak van het P-gebied onder de poort groter zijn dan de concentratie van gaten, zodat de P-type halfgeleider wordt omgezet in een N-type en wordt een omgekeerde laag, en de omgekeerde laag vormt een N-kanaal en zorgt ervoor dat de PN-overgang J1 verdwijnt, waardoor drain en source geleidend worden.

1.3 Basiskenmerken van vermogens-MOSFET's

1.3.1 Statische kenmerken.

De relatie tussen de afvoerstroom ID en de spanning UGS tussen de poortbron wordt de overdrachtskarakteristiek van de MOSFET genoemd, ID is groter, de relatie tussen ID en UGS is ongeveer lineair en de helling van de curve wordt gedefinieerd als de transconductantie Gfs .

De drain volt-ampère-karakteristieken (uitgangskarakteristieken) van de MOSFET: afsnijgebied (overeenkomend met het afsnijgebied van de GTR); verzadigingsgebied (overeenkomend met het amplificatiegebied van de GTR); niet-verzadigingsgebied (overeenkomend met het verzadigingsgebied van de GTR). De vermogens-MOSFET werkt in de schakeltoestand, dwz hij schakelt heen en weer tussen het afsnijgebied en het niet-verzadigingsgebied. De vermogens-MOSFET heeft een parasitaire diode tussen de drain-source-terminals, en het apparaat geleidt wanneer een sperspanning wordt aangelegd tussen de drain-source-terminals. De aan-toestandsweerstand van de vermogens-MOSFET heeft een positieve temperatuurcoëfficiënt, wat gunstig is voor het egaliseren van de stroom wanneer de apparaten parallel zijn aangesloten.

1.3.2 Dynamische karakterisering;

de golfvormen van het testcircuit en het schakelproces.

Het inschakelproces; inschakelvertragingstijd td(on) - de tijdsperiode tussen het moment van voorinschakeling en het moment waarop uGS = UT en iD beginnen te verschijnen; stijgtijd tr - de tijdsperiode waarin uGS stijgt van uT naar de poortspanning UGSP waarop de MOSFET het niet-verzadigde gebied binnengaat; de steady-state-waarde van iD wordt bepaald door de drain-voedingsspanning, UE, en de drain. De grootte van UGSP is gerelateerd aan de steady-state-waarde van iD. Nadat UGS UGSP heeft bereikt, blijft het stijgen onder de actie van up totdat het een stabiele toestand bereikt, maar iD blijft onveranderd. Inschakeltijd ton-Som van inschakelvertragingstijd en stijgtijd.

Uitschakelvertragingstijd td(off) -De tijdsperiode waarin iD begint af te nemen naar nul vanaf de tijd dat het is afgelopen, daalt naar nul, Cin wordt ontladen via Rs en RG, en uGS daalt naar UGSP volgens een exponentiële curve.

Dalingstijd tf - De tijdsperiode vanaf het moment dat uGS blijft dalen van UGSP en iD neemt af totdat het kanaal verdwijnt bij uGS < UT en ID naar nul daalt. Uitschakeltijd toff- De som van de uitschakelvertragingstijd en de valtijd.

1.3.3 MOSFET-schakelsnelheid.

MOSFET-schakelsnelheid en Cin opladen en ontladen hebben een geweldige relatie, de gebruiker kan Cin niet verminderen, maar kan de interne weerstand Rs van het stuurcircuit verminderen om de tijdconstante te verminderen, om de schakelsnelheid te versnellen, MOSFET vertrouwt alleen op de polytronische geleidbaarheid, er is geen oligotronisch opslageffect, en dus is het uitschakelproces zeer snel, de schakeltijd van 10-100 ns, de werkfrequentie kan oplopen tot 100 kHz of meer, is de hoogste van de elektronische apparaten met hoofdvermogen.

Veldgestuurde apparaten hebben in rust vrijwel geen ingangsstroom nodig. Tijdens het schakelproces moet de ingangscondensator echter worden opgeladen en ontladen, wat nog steeds een bepaalde hoeveelheid aandrijfvermogen vereist. Hoe hoger de schakelfrequentie, hoe groter het benodigde aandrijfvermogen.

1.4 Dynamische prestatieverbetering

Naast de toepassing van het apparaat moet rekening worden gehouden met de spanning, stroom en frequentie van het apparaat, maar moet ook de toepassing onder de knie krijgen van hoe het apparaat kan worden beschermd, niet om het apparaat in de voorbijgaande veranderingen in de schade aan te brengen. Uiteraard is de thyristor een combinatie van twee bipolaire transistors, gekoppeld aan een grote capaciteit vanwege het grote oppervlak, waardoor de dv/dt-capaciteit kwetsbaarder is. Voor di/dt heeft het ook een probleem met het uitgebreide geleidingsgebied, dus het legt ook behoorlijk ernstige beperkingen op.

Het geval van de krachtige MOSFET is heel anders. De dv/dt- en di/dt-mogelijkheden worden vaak geschat in termen van capaciteit per nanoseconde (in plaats van per microseconde). Maar ondanks dit heeft het dynamische prestatiebeperkingen. Deze kunnen worden begrepen in termen van de basisstructuur van een vermogens-MOSFET.

De structuur van een vermogens-MOSFET en het bijbehorende equivalente circuit. Naast de capaciteit in bijna elk deel van het apparaat, moet er rekening mee worden gehouden dat de MOSFET een parallel geschakelde diode heeft. Vanuit een bepaald gezichtspunt is er ook sprake van een parasitaire transistor. (Net zoals een IGBT ook een parasitaire thyristor heeft). Dit zijn belangrijke factoren in de studie van het dynamische gedrag van MOSFET's.

Allereerst heeft de intrinsieke diode die aan de MOSFET-structuur is bevestigd enig lawinevermogen. Dit wordt meestal uitgedrukt in termen van het vermogen tot een enkele lawine en het vermogen tot herhaalde lawines. Wanneer de omgekeerde di/dt groot is, wordt de diode onderworpen aan een zeer snelle pulspiek, die het potentieel heeft om het lawinegebied binnen te dringen en mogelijk het apparaat te beschadigen zodra het lawinevermogen wordt overschreden. Zoals bij elke PN-junctiediode is het nauwkeurig onderzoeken van de dynamische eigenschappen ervan behoorlijk complex. Ze verschillen sterk van het eenvoudige concept van een PN-overgang die in voorwaartse richting geleidt en in achterwaartse richting blokkeert. Wanneer de stroom snel daalt, verliest de diode zijn omgekeerde blokkeervermogen gedurende een periode die bekend staat als de omgekeerde hersteltijd. er is ook een periode waarin de PN-overgang snel moet geleiden en geen erg lage weerstand vertoont. Zodra er sprake is van voorwaartse injectie in de diode in een vermogens-MOSFET, dragen de geïnjecteerde minderheidsdragers ook bij aan de complexiteit van de MOSFET als multitronisch apparaat.

Transiënte omstandigheden hangen nauw samen met lijnomstandigheden, en dit aspect moet bij de toepassing voldoende aandacht krijgen. Het is belangrijk om een ​​diepgaande kennis van het apparaat te hebben om het begrip en de analyse van de bijbehorende problemen te vergemakkelijken.