MOSFET oversigt

Power MOSFET er også opdelt i junction-type og isoleret gate-type, men refererer normalt hovedsageligt til den isolerede gate-type MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), omtalt som power MOSFET (Power MOSFET). Junction type effektfelteffekttransistor kaldes generelt elektrostatisk induktionstransistor (Static Induction Transistor - SIT). Det er kendetegnet ved portspændingen til at styre drænstrømmen, drevkredsløbet er enkelt, kræver lidt drivkraft, hurtig omskiftningshastighed, høj driftsfrekvens, termisk stabilitet er bedre endGTR, men dens nuværende kapacitet er lille, lav spænding, generelt kun gælder for effekt ikke mere end 10kW af magt elektroniske enheder.

1. Power MOSFET struktur og driftsprincip

Power MOSFET-typer: i henhold til den ledende kanal kan opdeles i P-kanal og N-kanal. Ifølge gate spænding amplitude kan opdeles i; udtømningstype; når gate-spændingen er nul, når dræn-kilde-polen mellem eksistensen af ​​en ledende kanal, forstærket; for N (P) kanal enhed, gate spændingen er større end (mindre end) nul før eksistensen af ​​en ledende kanal, effekt MOSFET er hovedsageligt N-kanal forbedret.

1.1 StrømMOSFETstruktur　　

Power MOSFET intern struktur og elektriske symboler; dens ledning kun én polaritet bærere (polys) involveret i den ledende, er en unipolær transistor. Ledningsmekanismen er den samme som laveffekt MOSFET, men strukturen har en stor forskel, laveffekt MOSFET er en horisontal ledende enhed, effekt MOSFET det meste af den vertikale ledende struktur, også kendt som VMOSFET (Vertical MOSFET) , hvilket i høj grad forbedrer MOSFET-enhedens spændings- og strømmodstandsevne.

Ifølge forskellene i den lodrette ledende struktur, men også opdelt i brugen af ​​V-formet rille for at opnå vertikal ledningsevne af VVMOSFET og har en vertikal ledende dobbelt-diffuseret MOSFET struktur af VDMOSFET (Vertical Double-diffusedMOSFET), diskuteres dette papir hovedsageligt som et eksempel på VDMOS-enheder.

Power MOSFET'er til flere integrerede strukturer, såsom International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET ved hjælp af en sekskantet enhed; Siemens (Siemens) SIPMOSFET ved hjælp af en kvadratisk enhed; Motorola (Motorola) TMOS ved hjælp af en rektangulær enhed med "Pin" form arrangement.

1.2 Power MOSFET funktionsprincip

Cut-off: mellem drain-source-polerne plus positiv strømforsyning er gate-source-polerne mellem spændingen nul. p basisregion og N driftregion dannet mellem PN-forbindelsen J1 omvendt bias, ingen strøm flyder mellem dræn-kilde-polerne.

Ledningsevne: Med en positiv spænding UGS påført mellem gate-source terminalerne, er gate isoleret, så der løber ingen gatestrøm. Portens positive spænding vil dog skubbe hullerne væk i P-regionen under den og tiltrække oligon-elektronerne i P-regionen til overfladen af ​​P-regionen under porten, når UGS er større end UT (tændspænding eller tærskelspænding), koncentrationen af ​​elektroner på overfladen af ​​P-regionen under porten vil være mere end koncentrationen af ​​huller, således at P-type halvlederen inverteres til en N-type og bliver til et inverteret lag, og det omvendte lag danner en N-kanal og får PN-junction J1 til at forsvinde, dræne og kildeledende.

1.3 Grundlæggende egenskaber for Power MOSFET'er

1.3.1 Statiske egenskaber.

Forholdet mellem drænstrøm-ID og spændingen UGS mellem gate-kilden kaldes MOSFET'ens overføringskarakteristik, ID er større, forholdet mellem ID og UGS er omtrent lineært, og kurvens hældning er defineret som transkonduktansen Gfs .

Drain-volt-ampere-karakteristika (output-karakteristika) for MOSFET'en: cutoff-region (svarende til cutoff-regionen af ​​GTR'en); mætningsområde (svarende til amplifikationsområdet af GTR); ikke-mætningsregion (svarende til mætningsområde for GTR). Effekt-MOSFET'en arbejder i omskiftningstilstanden, dvs. den skifter frem og tilbage mellem afskæringsområdet og ikke-mætningsområdet. Power MOSFET'en har en parasitisk diode mellem drain-source-terminalerne, og enheden leder, når der påføres en omvendt spænding mellem drain-source-terminalerne. Strøm-MOSFET-modstanden har en positiv temperaturkoefficient, som er gunstig til at udligne strømmen, når enhederne er parallelforbundne.

1.3.2 Dynamisk karakterisering;

dets testkredsløb og omskiftningsprocesbølgeformer.

Tænd processen; tænd-forsinkelsestid td(on) - tidsperioden mellem det øjeblik, der er foran og det øjeblik, hvor uGS = UT og iD begynder at vises; stigetid tr- tidsperioden, hvor uGS stiger fra uT til gatespændingen UGSP, ved hvilken MOSFET'en går ind i det umættede område; steady state værdien af ​​iD bestemmes af drænforsyningsspændingen, UE, og drænet. Størrelsen af ​​UGSP er relateret til steady state værdien af ​​iD. Efter at UGS når UGSP, fortsætter den med at stige under påvirkning af indtil den når steady state, men iD er uændret. Tændtid ton - Summen af ​​tændingsforsinkelse og stigetid.

Off delay time td(off) -Den tidsperiode, hvor iD begynder at falde til nul fra tidspunktet op falder til nul, Cin aflades gennem Rs og RG, og uGS falder til UGSP ifølge en eksponentiel kurve.

Faldtid tf- Tidsperioden fra hvor uGS fortsætter med at falde fra UGSP og iD falder, indtil kanalen forsvinder ved uGS < UT og ID falder til nul. Sluktid toff- Summen af ​​slukningsforsinkelsestiden og faldtiden.

1.3.3 MOSFET-omskiftningshastighed.

MOSFET-omskiftningshastighed og Cin-opladning og -afladning har et godt forhold, brugeren kan ikke reducere Cin, men kan reducere drivkredsløbets interne modstand Rs for at reducere tidskonstanten, for at fremskynde omskiftningshastigheden, MOSFET stoler kun på den polytroniske ledningsevne, der er ingen oligotronisk lagringseffekt, og derfor er nedlukningsprocessen meget hurtig, koblingstiden på 10-100ns, driftsfrekvensen kan være op til 100 kHz eller mere, er den højeste af de vigtigste elektroniske enheder.

Feltkontrollerede enheder kræver næsten ingen indgangsstrøm i hvile. Men under omskiftningsprocessen skal indgangskondensatoren oplades og aflades, hvilket stadig kræver en vis mængde drivkraft. Jo højere koblingsfrekvens, desto større kræves dreveffekt.

1.4 Dynamisk forbedring af ydeevnen

Ud over enheden ansøgning om at overveje enheden spænding, strøm, frekvens, men også skal mestre i anvendelsen af, hvordan man beskytter enheden, ikke at gøre enheden i de forbigående ændringer i skaden. Selvfølgelig er tyristoren en kombination af to bipolære transistorer, kombineret med en stor kapacitans på grund af det store areal, så dens dv/dt-kapacitet er mere sårbar. For di/dt har den også et udvidet ledningsområde problem, så det pålægger også ret alvorlige begrænsninger.

Tilfældet med power MOSFET er helt anderledes. Dens dv/dt- og di/dt-kapacitet estimeres ofte i form af kapacitet pr. nanosekund (i stedet for pr. mikrosekund). Men på trods af dette har den dynamiske ydeevnebegrænsninger. Disse kan forstås ud fra den grundlæggende struktur af en power MOSFET.

Strukturen af ​​en power MOSFET og dens tilsvarende ækvivalente kredsløb. Ud over kapacitansen i næsten alle dele af enheden, skal det tages i betragtning, at MOSFET har en diode forbundet parallelt. Fra et vist synspunkt er der også en parasitisk transistor. (Ligesom en IGBT også har en parasitisk tyristor). Disse er vigtige faktorer i studiet af MOSFET'ers dynamiske adfærd.

Først og fremmest har den iboende diode, der er knyttet til MOSFET-strukturen, en vis lavinekapacitet. Dette udtrykkes normalt i form af enkelt lavinekapacitet og gentagen lavinekapacitet. Når den omvendte di/dt er stor, udsættes dioden for en meget hurtig pulsspids, som har potentiale til at komme ind i lavineområdet og potentielt beskadige enheden, når dens lavinekapacitet er overskredet. Som med enhver PN-forbindelsesdiode er det ret komplekst at undersøge dens dynamiske egenskaber. De er meget forskellige fra det simple koncept med et PN-kryds, der leder i fremadgående retning og blokerer i den modsatte retning. Når strømmen falder hurtigt, mister dioden sin omvendte blokeringsevne i en periode kendt som den omvendte genopretningstid. der er også en periode, hvor PN-forbindelsen skal lede hurtigt og ikke viser en meget lav modstand. Når først der er en fremadrettet indsprøjtning i dioden i en power MOSFET, tilføjer de injicerede minoritetsbærere også kompleksiteten af ​​MOSFET som en multitronisk enhed.

Transiente forhold er tæt forbundet med ledningsforhold, og dette aspekt bør tillægges tilstrækkelig opmærksomhed i ansøgningen. Det er vigtigt at have et indgående kendskab til enheden for at lette forståelsen og analysen af ​​de tilsvarende problemer.