Агляд MOSFET

Магутны МАП-транзістар таксама дзеліцца на пераходны і з ізаляваным затворам, але звычайна ў асноўным адносіцца да МАП-транзістара з ізаляваным затворам (метал-аксід-паўправадніковы FET), які называецца сілавым МАП-транзістарам (магутны МАП-транзістар). Сілавы палявы транзістар звычайна называюць электрастатычным індукцыйным транзістарам (Static Induction Transistor - SIT). Ён характарызуецца напругай засаўкі для кіравання токам сцёку, схема прывада простая, патрабуе невялікай магутнасці прывада, хуткая хуткасць пераключэння, высокая працоўная частата, тэрмічная стабільнасць лепш, чым уГТП, але яго бягучая магутнасць малая, нізкае напружанне, як правіла, прымяняецца толькі да магутнасці не больш за 10 кВт сілавых электронных прылад.

1. Структура сілавога MOSFET і прынцып дзеяння

Магутнасць MOSFET тыпаў: у адпаведнасці з праводзячым каналам можна падзяліць на P-канальны і N-канальны. У адпаведнасці з амплітудай напружання на засаўцы можна падзяліць на; тып знясілення; калі напружанне на засаўцы роўна нулю, калі полюс сток-выток паміж існаваннем праводзіць канала, пашыраны; для N (P) канальнай прылады напружанне на засаўцы больш (менш) за нуль перад існаваннем правадзячага канала, сілавы MOSFET у асноўным пашыраны N-каналам.

1.1 МагутнасцьMOSFETструктура　　

Унутраная структура сілавога MOSFET і электрычныя сімвалы; яго праводнасці толькі адна палярнасць носьбітаў (поліс), якія ўдзельнічаюць у праводзяць, уніпалярны транзістар. Праводзячы механізм такі ж, як у маламагутнага MOSFET, але структура мае вялікую розніцу, маламагутны MOSFET з'яўляецца гарызантальным токаправодным прыладай, сілавы MOSFET - большая частка вертыкальнай праводзячай структуры, таксама вядомай як VMOSFET (вертыкальны MOSFET) , што значна паляпшае здольнасць MOSFET прылады вытрымліваць напружанне і ток.

У адпаведнасці з адрозненнямі ў вертыкальнай праводзячай структуры, але таксама падзелены на выкарыстанне V-вобразнай канаўкі для дасягнення вертыкальнай праводнасці VVMOSFET і мае вертыкальную якая праводзіць падвойную дыфузную структуру MOSFET VDMOSFET (вертыкальная двайная дыфузнаяMOSFET), гэты дакумент у асноўным абмяркоўваецца як прыклад прылад VDMOS.

Сілавыя MOSFET для некалькіх інтэграваных структур, такіх як International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET з выкарыстаннем шасцікутнай прылады; Siemens (Siemens) SIPMOSFET з выкарыстаннем квадратнага блока; Motorola (Motorola) TMOS з выкарыстаннем прамавугольнага блока па форме "Pin".

1.2 Прынцып працы сілавога MOSFET

Адсечка: паміж полюсамі сцёк-выток плюс станоўчы крыніца харчавання, паміж полюсамі засаўкі-вытоку напружанне роўна нулю. базавая вобласць і вобласць дрэйфу N, утвораная паміж зваротным зрушэннем PN-злучэння J1, адсутнасць току паміж полюсамі сток-выток.

Праводнасць: пры дадатным напружанні UGS паміж клемамі затвор-выток затвор ізаляваны, таму ток затвора не цячэ. Аднак станоўчае напружанне засаўкі адштурхне дзіркі ў P-вобласці пад ім і прыцягне алігоны-электроны ў P-вобласці да паверхні P-вобласці пад засаўкай, калі UGS больш, чым UT (напружанне ўключэння або парогавае напружанне), канцэнтрацыя электронаў на паверхні P-вобласці пад засаўкай будзе больш, чым канцэнтрацыя дзірак, так што P-тып паўправаднік інвертуецца ў N-тып і становіцца інвертаваным пластом, а інвертаваны пласт утварае N-канал і прымушае PN-пераход J1 знікаць, сток і крыніца праводзяць.

1.3 Асноўныя характарыстыкі сілавых MOSFET

1.3.1 Статычныя характарыстыкі.

Узаемасувязь паміж токам сцёку ID і напругай UGS паміж крыніцай засаўкі называецца перадаткавай характарыстыкай MOSFET, ID большая, залежнасць паміж ID і UGS прыблізна лінейная, а нахіл крывой вызначаецца як праводнасць Gfs .

Сцёкавыя вольт-амперныя характарыстыкі (выхадныя характарыстыкі) MOSFET: вобласць адсечкі (адпаведная вобласці адсечкі GTR); вобласць насычэння (адпаведная вобласці ўзмацнення ГТР); вобласць ненасычэння (адпаведная вобласці насычэння ГТР). Сілавы МАП-транзістар працуе ў стане пераключэння, г.зн. ён пераключаецца паміж вобласцю адсечкі і вобласцю ненасычэння. Магутны MOSFET мае паразітны дыёд паміж клемамі сток-выток, і прылада праводзіць, калі паміж клемамі сток-выток падаецца зваротнае напружанне. Супраціў ва ўключаным стане сілавога MOSFET мае станоўчы тэмпературны каэфіцыент, што спрыяльна для выраўноўвання току пры паралельным злучэнні прылад.

1.3.2 Дынамічная характарыстыка;

яго тэставая схема і сігналы працэсу пераключэння.

Працэс уключэння; час затрымкі ўключэння td(on) - прамежак часу паміж момантам авансу і момантам пачатку з'яўлення uGS = UT і iD; час нарастання tr - перыяд часу, калі uGS падымаецца ад uT да напружання на засаўцы UGSP, пры якім MOSFET трапляе ў ненасычаную вобласць; стацыянарнае значэнне iD вызначаецца напругай сілкавання сцёку, UE, і сцёк Велічыня UGSP звязана са стацыянарным значэннем iD. Пасля таго як UGS дасягае UGSP, ён працягвае расці пад дзеяннем уверх, пакуль не дасягне ўстойлівага стану, але iD не змяняецца. Час уключэння ton - сума часу затрымкі ўключэння і часу нарастання.

Час затрымкі выключэння td(off) - перыяд часу, калі iD пачынае змяншацца да нуля з таго часу, які падае да нуля, Cin разраджаецца праз Rs і RG, а uGS падае да UGSP у адпаведнасці з экспанентнай крывой.

Час падзення tf - перыяд часу з моманту, калі uGS працягвае падаць ад UGSP і iD памяншаецца, пакуль канал не знікае пры uGS < UT і ID падае да нуля. Час выключэння toff - сума часу затрымкі выключэння і часу спаду.

1.3.3 Хуткасць пераключэння MOSFET.

Хуткасць пераключэння MOSFET і зарадка і разрадка Cin маюць выдатныя адносіны, карыстальнік не можа паменшыць Cin, але можа паменшыць унутранае супраціўленне ланцуга кіравання Rs, каб паменшыць пастаянную часу, каб паскорыць хуткасць пераключэння, MOSFET разлічвае толькі на політронную праводнасць, няма алігатроннага эфекту захоўвання, і, такім чынам, працэс адключэння вельмі хуткі, час пераключэння 10-100 нс, працоўная частата можа быць да 100 кГц або больш, з'яўляецца самай высокай з асноўных магутнасці электронных прылад.

Прылады з палявым кіраваннем амаль не патрабуюць уваходнага току ў стане спакою. Аднак у працэсе пераключэння ўваходны кандэнсатар неабходна зараджаць і разраджаць, што ўсё роўна патрабуе пэўнай колькасці рухаючай магутнасці. Чым вышэй частата пераключэння, тым большая магутнасць прывада патрабуецца.

1.4 Паляпшэнне дынамічнай прадукцыйнасці

У дадатак да прымянення прылады, каб разгледзець прылада напружанне, ток, частата, але таксама павінны асвоіць ва ўжыванні, як абараніць прыладу, каб не зрабіць прылада ў пераходных зменаў у пашкоджанні. Безумоўна, тырыстар уяўляе сабой камбінацыю двух біпалярных транзістараў у спалучэнні з вялікай ёмістасцю з-за вялікай плошчы, таму яго здольнасць dv/dt больш уразлівая. Для di/dt ён таксама мае праблему пашыранай вобласці праводнасці, таму ён таксама накладвае даволі сур'ёзныя абмежаванні.

Выпадак сілавога MOSFET зусім іншы. Яго магчымасці dv/dt і di/dt часта ацэньваюцца з пункту гледжання магчымасці за нанасекунду (а не за мікрасекунду). Але, нягледзячы на ​​гэта, ён мае дынамічныя абмежаванні па прадукцыйнасці. Гэта можна зразумець з пункту гледжання базавай структуры сілавога MOSFET.

Структура сілавога MOSFET і адпаведнай эквівалентнай схемы. У дадатак да ёмістасці амаль у кожнай частцы прылады, трэба ўлічваць, што MOSFET мае дыёд, злучаны паралельна. З пэўнага пункту гледжання існуе і паразітарны транзістар. (Падобна таму, як IGBT таксама мае паразітарны тырыстар). Гэта важныя фактары пры вывучэнні дынамічных паводзін MOSFET.

Перш за ўсё, уласны дыёд, прымацаваны да структуры MOSFET, мае некаторую лавінную здольнасць. Звычайна гэта выражаецца з пункту гледжання здольнасці аднаразовай лавіны і магчымасці паўторнай лавіны. Калі адваротнае di/dt вялікае, дыёд падвяргаецца вельмі хуткаму ўсплёску імпульсу, які можа патрапіць у лавінную вобласць і патэнцыйна пашкодзіць прыладу, калі будзе перавышана яго лавінная здольнасць. Як і ў выпадку з любым дыёдам з PN-пераходам, уважлівае вывучэнне яго дынамічных характарыстык даволі складанае. Яны моцна адрозніваюцца ад простай канцэпцыі PN-пераходу, які праводзіць у прамым кірунку і блакуе ў зваротным кірунку. Калі ток хутка падае, дыёд губляе здольнасць блакіроўкі зваротнага ходу на працягу перыяду часу, вядомага як час зваротнага аднаўлення. ёсць таксама перыяд часу, калі PN-пераход павінен хутка праводзіць і не паказвае вельмі нізкага супраціву. Пасля прамога ўвядзення ў дыёд сілавога MOSFET, уведзеныя нязначныя носьбіты таксама ўскладняюць MOSFET як прыладу multitronic.

Пераходныя ўмовы цесна звязаны з умовамі лініі, і гэтаму аспекту трэба надаваць дастатковую ўвагу ў дадатку. Важна мець глыбокія веды аб прыладзе, каб палегчыць разуменне і аналіз адпаведных праблем.