O MOSFET de potência também é dividido em tipo de junção e tipo de porta isolada, mas geralmente se refere principalmente ao MOSFET do tipo porta isolada (Metal Oxide Semiconductor FET), conhecido como MOSFET de potência (Power MOSFET). O transistor de efeito de campo de potência do tipo junção é geralmente chamado de transistor de indução eletrostática (Static Induction Transistor - SIT). É caracterizado pela tensão da porta para controlar a corrente de dreno, o circuito de acionamento é simples, requer pouca potência de acionamento, velocidade de comutação rápida, alta frequência de operação, estabilidade térmica é melhor que oGTR, mas sua capacidade atual é pequena, baixa tensão, geralmente só se aplica a dispositivos eletrônicos de potência não superiores a 10kW.
1. Estrutura e princípio de funcionamento do MOSFET de potência
Tipos de MOSFET de potência: de acordo com o canal condutor podem ser divididos em canal P e canal N. De acordo com a amplitude da tensão da porta pode ser dividida em; tipo de esgotamento; quando a tensão da porta é zero quando o pólo dreno-fonte entre a existência de um canal condutor, reforçado; para dispositivos de canal N (P), a tensão da porta é maior que (menor que) zero antes da existência de um canal condutor, o MOSFET de potência é principalmente aprimorado pelo canal N.
1.1 PoderMOSFETestrutura
Estrutura interna do MOSFET de potência e símbolos elétricos; sua condução tem apenas um portador de polaridade (polis) envolvido na condução, é um transistor unipolar. O mecanismo de condução é igual ao MOSFET de baixa potência, mas a estrutura tem uma grande diferença, o MOSFET de baixa potência é um dispositivo condutor horizontal, o MOSFET de potência a maior parte da estrutura condutora vertical, também conhecido como VMOSFET (MOSFET Vertical) , o que melhora muito a tensão do dispositivo MOSFET e a capacidade de resistência à corrente.
De acordo com as diferenças na estrutura condutora vertical, mas também dividida no uso de ranhura em forma de V para obter a condutividade vertical do VVMOSFET e possui uma estrutura MOSFET condutora vertical de dupla difusão do VDMOSFET (Vertical Double-difusedMOSFET), este artigo é discutido principalmente como um exemplo de dispositivos VDMOS.
Power MOSFETs para múltiplas estruturas integradas, como Retificador Internacional (Retificador Internacional) HEXFET usando uma unidade hexagonal; Siemens (Siemens) SIPMOSFET usando uma unidade quadrada; Motorola (Motorola) TMOS usando uma unidade retangular pelo arranjo em forma de "Pin".
1.2 Princípio de operação do MOSFET de potência
Corte: entre os pólos dreno-fonte mais a fonte de alimentação positiva, os pólos gate-fonte entre a tensão são zero. região de base p e região de desvio N formada entre a polarização reversa da junção PN J1, sem fluxo de corrente entre os pólos da fonte de drenagem.
Condutividade: Com uma tensão positiva UGS aplicada entre os terminais porta-fonte, a porta é isolada, de modo que nenhuma corrente flui. No entanto, a tensão positiva da porta afastará os buracos na região P abaixo dela e atrairá os elétrons-oligons na região P para a superfície da região P abaixo da porta quando o UGS for maior que o UT (tensão de ativação ou tensão limite), a concentração de elétrons na superfície da região P sob a porta será maior do que a concentração de buracos, de modo que o semicondutor do tipo P se inverteu em um tipo N e se tornou uma camada invertida, e a camada invertida forma um canal N e faz com que a junção PN J1 desapareça, dreno e fonte condutiva.
1.3 Características Básicas dos MOSFETs de Potência
1.3.1 Características Estáticas.
A relação entre a corrente de dreno ID e a tensão UGS entre a fonte da porta é chamada de característica de transferência do MOSFET, ID é maior, a relação entre ID e UGS é aproximadamente linear e a inclinação da curva é definida como a transcondutância Gfs .
As características de dreno volt-ampere (características de saída) do MOSFET: região de corte (correspondente à região de corte do GTR); região de saturação (correspondente à região de amplificação do GTR); região de não saturação (correspondente à região de saturação do GTR). O MOSFET de potência opera no estado de comutação, ou seja, alterna entre a região de corte e a região de não saturação. O MOSFET de potência possui um diodo parasita entre os terminais da fonte de dreno, e o dispositivo conduz quando uma tensão reversa é aplicada entre os terminais da fonte de dreno. A resistência no estado ligado do MOSFET de potência possui coeficiente de temperatura positivo, o que é favorável para equalizar a corrente quando os dispositivos estão conectados em paralelo.
1.3.2 Caracterização Dinâmica;
seu circuito de teste e formas de onda do processo de comutação.
O processo de ativação; tempo de atraso de ativação td(on) - período de tempo entre o momento do avanço e o momento em que uGS = UT e iD começam a aparecer; tempo de subida tr- o período de tempo em que uGS sobe de uT até a tensão de porta UGSP no qual o MOSFET entra na região não saturada; o valor do estado estacionário de iD é determinado pela tensão de alimentação do dreno, UE, e o dreno. A magnitude do UGSP está relacionada ao valor do estado estacionário de iD. Depois que o UGS atinge o UGSP, ele continua a subir sob a ação de up até atingir o estado estacionário, mas o iD permanece inalterado. Tempo de ativação ton-Soma do tempo de atraso de ativação e do tempo de subida.
Tempo de atraso de desligamento td(off) -O período de tempo em que iD começa a diminuir para zero a partir do tempo cai para zero, Cin é descarregado através de Rs e RG, e uGS cai para UGSP de acordo com uma curva exponencial.
Tempo de queda tf- O período de tempo desde que o uGS continua a cair do UGSP e o iD diminui até o canal desaparecer em uGS <UT e o ID cai para zero. Tempo de desligamento- A soma do tempo de atraso de desligamento e do tempo de queda.
1.3.3 Velocidade de comutação do MOSFET.
A velocidade de comutação MOSFET e o carregamento e descarregamento Cin têm um ótimo relacionamento, o usuário não pode reduzir Cin, mas pode reduzir a resistência interna do circuito de acionamento Rs para reduzir a constante de tempo, para acelerar a velocidade de comutação, o MOSFET depende apenas da condutividade politrônica, não há efeito de armazenamento oligotrônico e, portanto, o processo de desligamento é muito rápido, o tempo de comutação de 10-100ns, a frequência de operação pode ser de até 100kHz ou mais, é o mais alto dos principais dispositivos eletrônicos de potência.
Dispositivos controlados em campo quase não requerem corrente de entrada em repouso. Porém, durante o processo de comutação, o capacitor de entrada precisa ser carregado e descarregado, o que ainda requer uma certa quantidade de potência de acionamento. Quanto maior a frequência de comutação, maior será a potência de acionamento necessária.
1.4 Melhoria dinâmica de desempenho
Além da aplicação do dispositivo para considerar a tensão do dispositivo, corrente, frequência, mas também deve dominar na aplicação de como proteger o dispositivo, para não fazer o dispositivo nas alterações transitórias no dano. É claro que o tiristor é uma combinação de dois transistores bipolares, acoplados a uma grande capacitância devido à grande área, portanto sua capacidade dv/dt é mais vulnerável. Para di/dt também tem um problema de região de condução estendida, por isso também impõe limitações bastante severas.
O caso do MOSFET de potência é bem diferente. Sua capacidade dv/dt e di/dt é frequentemente estimada em termos de capacidade por nanossegundo (em vez de por microssegundo). Mas, apesar disso, possui limitações dinâmicas de desempenho. Estes podem ser entendidos em termos da estrutura básica de um MOSFET de potência.
A estrutura de um MOSFET de potência e seu circuito equivalente correspondente. Além da capacitância em quase todas as partes do dispositivo, deve-se considerar que o MOSFET possui um diodo conectado em paralelo. De certo ponto de vista, existe também um transistor parasita. (Assim como um IGBT também possui um tiristor parasita). Estes são fatores importantes no estudo do comportamento dinâmico dos MOSFETs.
Em primeiro lugar, o diodo intrínseco ligado à estrutura do MOSFET tem alguma capacidade de avalanche. Isso geralmente é expresso em termos de capacidade de avalanche única e capacidade de avalanche repetitiva. Quando o di/dt reverso é grande, o diodo é submetido a um pico de pulso muito rápido, que tem o potencial de entrar na região de avalanche e potencialmente danificar o dispositivo quando sua capacidade de avalanche for excedida. Como acontece com qualquer diodo de junção PN, o exame minucioso de suas características dinâmicas é bastante complexo. Eles são muito diferentes do conceito simples de uma junção PN conduzindo na direção direta e bloqueando na direção reversa. Quando a corrente cai rapidamente, o diodo perde sua capacidade de bloqueio reverso por um período de tempo conhecido como tempo de recuperação reversa. há também um período de tempo em que a junção PN é necessária para conduzir rapidamente e não apresenta uma resistência muito baixa. Uma vez que há injeção direta no diodo em um MOSFET de potência, as portadoras minoritárias injetadas também aumentam a complexidade do MOSFET como um dispositivo multitrônico.
As condições transitórias estão intimamente relacionadas às condições da linha e este aspecto deve receber atenção suficiente na aplicação. É importante ter um conhecimento profundo do dispositivo para facilitar a compreensão e análise dos problemas correspondentes.
Horário da postagem: 18 de abril de 2024
