Panoramica MOSFET

Power MOSFET hè ancu divisu in u tipu di junction è u tipu di porta insulated, ma di solitu si riferisce principalmente à u tipu di porta insulated MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), chjamatu MOSFET di putenza (Power MOSFET). U transistor d'effettu di campu di putenza di u tipu di giunzione hè generalmente chjamatu transistor d'induzione elettrostatica (Transistor d'induzione statica - SIT). Hè carattarizatu da a tensione di a porta per cuntrullà u currente di drenu, u circuitu di guida hè simplice, richiede poca forza di guida, velocità di commutazione rapida, alta frequenza operativa, stabilità termica hè megliu cà uGTR, ma a so capacità attuale hè chjuca, bassa tensione, in generale solu s'applica à u putere micca più di 10kW di i dispositi elettronichi di putenza.

1. Power MOSFET struttura è principiu funziunamentu

Tipi MOSFET di putenza: secondu u canali cunduttivi pò esse divisu in P-canale è N-canale. Sicondu l'amplitude di tensione di a porta pò esse divisu in; tipu di depletion; quandu u voltage porta hè cero quandu u polu drenu-surgente trà l 'esistenza di un canali cunduzzione, rinfurzata; per u dispositivu di u canali N (P), a tensione di a porta hè più grande di (menu di) cero prima di l'esistenza di un canale cunduttore, a putenza MOSFET hè principarmenti rinfurzata di N-canale.

1.1 PotenzaMOSFETstruttura　　

Power MOSFET struttura interna è simbuli elettrici; a so cunduzzione solu un traspurtadore di polarità (polys) implicatu in u cunduttore, hè un transistor unipolari. Meccanisimu di cunduzzione hè u listessu cum'è u MOSFET di bassa putenza, ma a struttura hà una grande diferenza, u MOSFET di bassa putenza hè un dispositivu conduttivu horizontale, u MOSFET di putenza a maiò parte di a struttura conduttrice verticale, cunnisciuta ancu com'è VMOSFET (MOSFET verticale) , chì migliurà assai a tensione di u dispusitivu MOSFET è a capacità di resistenza di corrente.

Sicondu i diffirenzii in a struttura conduttrice verticale, ma ancu divisu in l'usu di groove in forma di V per ottene a conduttività verticale di u VVMOSFET è hà una struttura MOSFET cunduttiva verticale doppia diffusa di u VDMOSFET (Vertical Double-diffused).MOSFET), stu documentu hè principalmente discututu cum'è un esempiu di i dispositi VDMOS.

MOSFET di putenza per una struttura integrata multipla, cum'è International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET cù una unità esagonale; Siemens (Siemens) SIPMOSFET cù una unità quadrata; Motorola (Motorola) TMOS aduprendu una unità rettangulare da a forma "Pin".

1.2 Power MOSFET principiu di funziunamentu

Cut-off: trà i poli di drenu-surghjente più l'alimentazione positiva, i poli di a porta di a fonte trà a tensione hè zero. p regione di basa è a regione di deriva N formata trà a junction PN J1 bias inversa, nisun flussu di corrente trà i poli di drenu-source.

Conductività: Cù una tensione positiva UGS applicata trà i terminali di a porta-surghjente, a porta hè insulata, cusì ùn ci hè micca flussu di corrente di porta. Tuttavia, a tensione pusitiva di a porta hà da spinghje i buchi in a regione P sottu, è attrae l'oligoni-elettroni in a regione P à a superficia di a regione P sottu à a porta quandu u UGS hè più grande di u UT (turn-on voltage o threshold voltage), a cuncintrazione di l'elettroni nantu à a superficia di a regione P sottu à a porta serà più cà a cuncentrazione di buchi, cusì chì u semiconductor di tipu P invertitu in un N-tipu è diventa una strata invertita, è a strata invertita forma un N-canale è face a junction PN J1 sparisce, drenu è surghjente conduttivu.

1.3 Features Basic di Power MOSFETs

1.3.1 Caratteristichi statichi.

A relazione trà l'ID currenti di drenu è a tensione UGS trà a fonte di porta hè chjamata caratteristica di trasferimentu di u MOSFET, ID hè più grande, a relazione trà ID è UGS hè apprussimatamente lineare, è a pendenza di a curva hè definita cum'è a transconductance Gfs. .

U drain volt-ampere caratteristiche (caratteristiche di output) di u MOSFET: regione cutoff (currispondente à a regione cutoff di u GTR); regione di saturazione (currispondente à a regione di amplificazione di u GTR); région de non-saturation (correspondant à la région de saturation du GTR). U MOSFET di putenza opera in u statu di commutazione, vale à dì, cambia avanti è avanti trà a regione cutoff è a regione non-saturazione. U MOSFET di putenza hà un diodu parasiticu trà i terminali di drenu-surghjente, è u dispusitivu cunduce quandu una tensione inversa hè appiicata trà i terminali di drain-source. A resistenza à u statu di u MOSFET di putenza hà un coefficient di temperatura pusitivu, chì hè favurevule per equalizà u currente quandu i dispositi sò cunnessi in parallelu.

1.3.2 Caratterizazione Dinamica;

u so circuitu di prova è e forme d'onda di u prucessu di commutazione.

U prucessu di turn-on; turn-on delay time td(on) - u periodu di tempu trà u mumentu di u fronte è u mumentu quandu uGS = UT è iD cumincianu à apparisce; rise time tr- u periodu di tempu quandu uGS s'arrizza da uT à a tensione di porta UGSP à quale u MOSFET entra in a regione non saturata; u valore di u statu fermu di iD hè determinatu da a tensione di furnimentu di drenu, UE, è u drenu. A magnitudine di UGSP hè ligata à u valore di u statu stazionariu di iD. Dopu chì UGS righjunghji UGSP, cuntinueghja à cullà sottu à l'azzione di finu à ch'ellu righjunghji u statu fermu, ma iD ùn hè micca cambiatu. Turn-on time ton-Suma di u tempu di ritardu di accensione è u tempu di salita.

Off delay time td (off) -U periodu di tempu quandu iD cumencia à calà à cero da u tempu chì cade à zero, Cin hè scaricatu attraversu Rs è RG, è uGS casca à UGSP secondu una curva esponenziale.

Tempu di caduta tf- U periodu di tempu da quandu uGS cuntinueghja à falà da UGSP è iD diminuisce finu à chì u canale sparisce à uGS < UT è ID casca à zero. Turn-off time toff- A somma di u tempu di ritardu di spegnimentu è u tempu di caduta.

1.3.3 MOSFET vitezza switching.

MOSFET vitezza switching e Cin carica e scaricamentu hà una grande rilazioni, l 'utilizatore ùn pò riduce Cin, ma pò riduce u circuitu di guida resistenza interna Rs à riduce u tempu constantu, à accelerà a vitezza di cunversione, MOSFET solu s'appoghjanu nant'à a conduttività polytronic, ùn ci hè micca un effettu di almacenamentu oligotronicu, è cusì u prucessu di spegnimentu hè assai rapidu, u tempu di cambiamentu di 10-100ns, a frequenza operativa pò esse finu à 100kHz. o più, hè u più altu di i principali dispusitivi ilittronica putenza.

I dispusitivi cuntrullati da u campu ùn necessitanu quasi nisuna corrente di input in u restu. In ogni casu, durante u prucessu di cunversione, u capacitore d'ingressu deve esse caricatu è scaricatu, chì hà sempre bisognu di una certa quantità di putenza di guida. Più alta hè a frequenza di commutazione, più grande hè a putenza di u drive necessaria.

1.4 Migliuramentu dinamicu di u rendiment

In più di l 'applicazzioni dispusitivu di cunsiderà u voltage dispusitivu, currenti, freccia, ma dinù deve maestru in l 'applicazzioni di quantu à prutezzione di u dispusitivu, micca à fà u dispusitivu in i cambiamenti transitori in i danni. Di sicuru, u tiristori hè una cumminazione di dui transistori bipolari, accumpagnati da una grande capacità per via di a grande zona, cusì a so capacità dv / dt hè più vulnerabile. Per di / dt hà ancu un prublema di regione di cunduzzione estesa, cusì impone ancu limitazioni abbastanza severi.

U casu di u putere MOSFET hè assai diversu. A so capacità dv / dt è di / dt hè spessu stimata in termini di capacità per nanosecondu (piuttostu cà per microsecondu). Ma malgradu questu, hà limitazioni di rendiment dinamichi. Quessi ponu esse capitu in termini di a struttura basica di un MOSFET di putenza.

A struttura di un MOSFET di putenza è u so circuitu equivalente currispundente. In più di a capacità in quasi ogni parte di u dispusitivu, deve esse cunsideratu chì u MOSFET hà un diodu cunnessu in parallelu. Da un certu puntu di vista, ci hè ancu un transistor parasiticu. (Cumu cum'è un IGBT hà ancu un tiristore parasiticu). Quessi sò fattori impurtanti in u studiu di u cumpurtamentu dinamicu di i MOSFET.

Prima di tuttu, u diodu intrinsicu attaccatu à a struttura MOSFET hà una certa capacità di avalanche. Questu hè generalmente spressione in termini di capacità di avalanche unica è capacità di avalanche ripetitiva. Quandu u reverse di / dt hè grande, u diode hè sottumessu à un spike di impulsu assai veloce, chì hà u putenziale di entre in a regione di avalanche è potenzialmente dannu u dispusitivu una volta chì a so capacità di avalanche hè superata. Cum'è cù qualsiasi diodu di junction PN, scrutinizing e so caratteristiche dinamichi hè abbastanza cumplessu. Sò assai diffirenti da u cuncettu simplice di una junction PN chì conduce in a direzzione avanti è bluccà in a direzzione inversa. Quandu u currente scende rapidamente, u diodu perde a so capacità di bloccu inversu per un periudu di tempu cunnisciutu cum'è u tempu di ricuperazione inversa. ci hè ancu un periudu di tempu quandu u junction PN hè necessariu di cunduce rapidamente è ùn mostra micca una resistenza assai bassa. Quandu ci hè iniezione in avanti in u diodu in un MOSFET di putenza, i trasportatori minoritari injected aghjunghjenu ancu a cumplessità di u MOSFET cum'è un dispositivu multitronic.

E cundizioni transitori sò strettamente ligati à e cundizioni di linea, è questu aspettu deve esse datu abbastanza attenzione in l'applicazione. Hè impurtante di avè una cunniscenza approfondita di u dispusitivu in modu di facilità a capiscitura è l'analisi di i prublemi currispundenti.