MOSFET'e genel bakış

Güç MOSFET'i ayrıca bağlantı tipi ve yalıtımlı kapı tipine ayrılmıştır, ancak genellikle esas olarak güç MOSFET'i (Güç MOSFET) olarak adlandırılan yalıtımlı kapı tipi MOSFET'i (Metal Oksit Yarı İletken FET) ifade eder. Bağlantı tipi güç alanı etkili transistöre genel olarak elektrostatik indüksiyon transistörü (Statik İndüksiyon Transistörü - SIT) adı verilir. Drenaj akımını kontrol etmek için geçit voltajı ile karakterize edilir, sürücü devresi basittir, az sürücü gücü gerektirir, hızlı anahtarlama hızı, yüksek çalışma frekansı, termal kararlılık diğerlerine göre daha iyidir.GTR, ancak mevcut kapasitesi küçüktür, düşük voltajdır ve genellikle yalnızca 10kW'dan fazla olmayan güç elektroniği cihazları için geçerlidir.

1. Güç MOSFET'in yapısı ve çalışma prensibi

Güç MOSFET tipleri: iletken kanala göre P kanalı ve N kanalına ayrılabilir. Geçit voltajının genliğine göre; tükenme türü; geçit voltajı sıfır olduğunda, drenaj-kaynak kutbu arasında iletken bir kanalın varlığı, arttırılmış; N (P) kanallı cihaz için, iletken bir kanalın varlığından önce kapı voltajı sıfırdan büyük (küçük) olup, MOSFET'in gücü esas olarak N-kanallıdır.

1.1 GüçMOSFETyapı　　

Güç MOSFET'inin iç yapısı ve elektriksel sembolleri; iletiminde yalnızca bir polarite taşıyıcısı (polys) yer alan iletken, tek kutuplu bir transistördür. İletim mekanizması düşük güçlü MOSFET ile aynıdır, ancak yapının büyük bir farkı vardır, düşük güçlü MOSFET yatay iletken bir cihazdır, güç MOSFET'in çoğu dikey iletken yapıya sahiptir, aynı zamanda VMOSFET (Dikey MOSFET) olarak da bilinir. MOSFET cihazının voltajını ve akım dayanma kapasitesini büyük ölçüde geliştiren.

Dikey iletken yapıdaki farklılıklara göre, aynı zamanda VVMOSFET'in dikey iletkenliğini elde etmek için V şekilli oluk kullanımına bölünmüştür ve VDMOSFET'in dikey iletken çift difüzyonlu MOSFET yapısına sahiptir (Dikey Çift Difüze)MOSFET), bu makale esas olarak VDMOS cihazlarının bir örneği olarak tartışılmaktadır.

Güç MOSFET'leri çoklu entegre yapılar için, örneğin Uluslararası Doğrultucu (Uluslararası Doğrultucu) altıgen bir birim kullanan HEXFET; Siemens (Siemens) SIPMOSFET kare birimini kullanarak; Motorola (Motorola) TMOS, "Pin" şekli düzenlemesine göre dikdörtgen bir ünite kullanıyor.

1.2 Güç MOSFET'in çalışma prensibi

Kesme: drenaj kaynağı kutupları artı pozitif güç kaynağı arasında, voltaj arasındaki geçit kaynağı kutupları sıfırdır. PN bağlantısı J1 ters öngerilim arasında p taban bölgesi ve N sürüklenme bölgesi oluşturuldu, drenaj kaynağı kutupları arasında akım akışı yok.

İletkenlik: Geçit kaynağı terminalleri arasına uygulanan pozitif voltaj UGS ile geçit yalıtılır, dolayısıyla geçit akımı akmaz. Bununla birlikte, kapının pozitif voltajı, altındaki P-bölgesindeki delikleri itecek ve UGS, UGS'den daha büyük olduğunda P-bölgesindeki oligon-elektronları kapının altındaki P-bölgesinin yüzeyine çekecektir. UT (açılma voltajı veya eşik voltajı), kapının altındaki P bölgesinin yüzeyindeki elektronların konsantrasyonu deliklerin konsantrasyonundan daha fazla olacaktır, böylece P tipi yarı iletken bir N tipine dönüştürülür ve hale gelir. ters çevrilmiş bir katman ve ters çevrilmiş katman bir N-kanalı oluşturur ve PN bağlantısı J1'in kaybolmasını, drenajın ve kaynağın iletken olmasını sağlar.

1.3 Güç MOSFET'lerinin Temel Özellikleri

1.3.1 Statik Özellikler.

Drenaj akımı ID'si ile geçit kaynağı arasındaki gerilim UGS arasındaki ilişkiye MOSFET'in transfer karakteristiği denir, ID daha büyüktür, ID ile UGS arasındaki ilişki yaklaşık olarak doğrusaldır ve eğrinin eğimi, geçiş iletkenliği Gfs olarak tanımlanır. .

MOSFET'in boşaltma volt-amper özellikleri (çıkış özellikleri): kesme bölgesi (GTR'nin kesme bölgesine karşılık gelir); doygunluk bölgesi (GTR'nin amplifikasyon bölgesine karşılık gelir); doymamış bölge (GTR'nin doygunluk bölgesine karşılık gelir). Güç MOSFET'i anahtarlama durumunda çalışır, yani kesme bölgesi ile doymamış bölge arasında ileri geri geçiş yapar. Güç MOSFET'inde drenaj kaynağı terminalleri arasında parazitik bir diyot bulunur ve cihaz, drenaj kaynağı terminalleri arasında ters voltaj uygulandığında iletim yapar. Güç MOSFET'inin açık durum direnci, cihazlar paralel bağlandığında akımın eşitlenmesi için uygun olan pozitif bir sıcaklık katsayısına sahiptir.

1.3.2 Dinamik Karakterizasyon;

test devresi ve anahtarlama prosesi dalga formları.

Açma işlemi; açılma gecikme süresi td(on) - ön an ile uGS = UT ve iD'nin görünmeye başladığı an arasındaki süre; yükselme süresi tr- uGS'nin uT'den MOSFET'in doymamış bölgeye girdiği UGSP kapı voltajına yükseldiği zaman periyodu; iD'nin kararlı durum değeri, drenaj besleme voltajı, UE ve drenaj tarafından belirlenir. UGSP'nin büyüklüğü, iD'nin kararlı durum değeriyle ilişkilidir. UGS, UGSP'ye ulaştıktan sonra, yukarı hareketi altında kararlı duruma ulaşana kadar yükselmeye devam eder, ancak iD değişmez. Açılma süresi ton-Açılma gecikme süresi ve yükselme süresinin toplamı.

Düşmede gecikme süresi td(kapalı) -Zamanın sıfıra düşmesinden iD'nin sıfıra düşmeye başladığı, Cin'in Rs ve RG üzerinden deşarj olduğu ve uGS'nin üstel bir eğriye göre UGSP'ye düştüğü zaman dilimi.

Düşme süresi tf- uGS'nin UGSP'den düşmeye devam ettiği ve iD'nin azaldığı andan uGS < UT'de kanalın kaybolduğu ve ID'nin sıfıra düştüğü ana kadar geçen süre. Kapanma süresi toff- Kapanma gecikme süresi ile düşme süresinin toplamı.

1.3.3 MOSFET anahtarlama hızı.

MOSFET anahtarlama hızı ile Cin şarj etme ve boşaltma arasında büyük bir ilişki vardır, kullanıcı Cin'i azaltamaz ancak zaman sabitini azaltmak, anahtarlama hızını hızlandırmak için sürüş devresinin iç direncini Rs azaltabilir, MOSFET yalnızca politronik iletkenliğe güvenir, Oligotronik depolama etkisi yoktur ve bu nedenle kapatma işlemi çok hızlıdır, anahtarlama süresi 10-100ns'dir, çalışma frekansı 100kHz veya daha fazla olabilir, ana güç elektronik cihazlarının en yükseğidir.

Saha kontrollü cihazlar, dinlenme halindeyken neredeyse hiç giriş akımı gerektirmez. Ancak anahtarlama işlemi sırasında giriş kapasitörünün şarj edilmesi ve boşaltılması gerekir, bu da yine de belirli miktarda tahrik gücü gerektirir. Anahtarlama frekansı ne kadar yüksek olursa, gereken sürücü gücü de o kadar büyük olur.

1.4 Dinamik performans iyileştirmesi

Cihaz uygulamasına ek olarak cihazın voltajı, akımı, frekansı dikkate alınmalı, aynı zamanda cihazın nasıl korunacağı, cihazda geçici değişikliklerde hasar meydana gelmemesi konusunda da uygulamada uzmanlaşılmalıdır. Elbette ki tristör, geniş alandan dolayı büyük bir kapasitansa sahip iki bipolar transistörün birleşimidir, dolayısıyla dv/dt kapasitesi daha savunmasızdır. di/dt için ayrıca genişletilmiş bir iletim bölgesi sorunu vardır, dolayısıyla oldukça ciddi sınırlamalar da getirir.

Güç MOSFET'inin durumu oldukça farklıdır. Dv/dt ve di/dt kapasitesi genellikle (mikrosaniye başına değil) nanosaniye başına kapasite cinsinden tahmin edilir. Ancak buna rağmen dinamik performans sınırlamaları vardır. Bunlar bir güç MOSFET'inin temel yapısı açısından anlaşılabilir.

Bir güç MOSFET'inin yapısı ve buna karşılık gelen eşdeğer devresi. Cihazın hemen hemen her yerindeki kapasitansın yanı sıra MOSFET'in paralel bağlı bir diyotun da bulunduğu dikkate alınmalıdır. Belli bir açıdan bakıldığında parazitik bir transistör de var. (Tıpkı bir IGBT'nin de parazitik bir tristöre sahip olması gibi). Bunlar MOSFET'lerin dinamik davranışının incelenmesinde önemli faktörlerdir.

Her şeyden önce MOSFET yapısına eklenen içsel diyotun bir miktar çığ kapasitesi vardır. Bu genellikle tek çığ kapasitesi ve tekrarlayan çığ kapasitesi olarak ifade edilir. Ters di/dt büyük olduğunda diyot, çığ bölgesine girme potansiyeline sahip olan ve çığ kapasitesi aşıldığında potansiyel olarak cihaza zarar verme potansiyeline sahip olan çok hızlı bir ani darbeye maruz kalır. Herhangi bir PN bağlantı diyotunda olduğu gibi dinamik özelliklerini incelemek oldukça karmaşıktır. Bunlar, ileri yönde ileten ve ters yönde bloke eden bir PN bağlantısının basit konseptinden çok farklıdır. Akım hızla düştüğünde diyot, ters toparlanma süresi olarak bilinen bir süre boyunca ters blokaj yeteneğini kaybeder. Ayrıca PN bağlantısının hızlı iletmesi gereken ve çok düşük direnç göstermediği bir zaman dilimi de vardır. Bir güç MOSFET'inde diyota ileri enjeksiyon yapıldığında, enjekte edilen azınlık taşıyıcıları da bir multitronik cihaz olarak MOSFET'in karmaşıklığına katkıda bulunur.

Geçici koşullar hat koşullarıyla yakından ilişkilidir ve uygulamada bu hususa yeterince dikkat edilmelidir. İlgili problemlerin anlaşılmasını ve analizini kolaylaştırmak için cihaz hakkında derinlemesine bilgi sahibi olmak önemlidir.