MOSFET översikt

Power MOSFET är också uppdelad i junction-typ och isolated gate-typ, men hänvisar vanligtvis huvudsakligen till den isolerade gate-typen MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), kallad power MOSFET (Power MOSFET). Kraftfältseffekttransistor av kopplingstyp kallas allmänt för elektrostatisk induktionstransistor (Static Induction Transistor - SIT). Den kännetecknas av grindspänningen för att styra dräneringsströmmen, drivkretsen är enkel, kräver lite drivkraft, snabb omkopplingshastighet, hög driftsfrekvens, termisk stabilitet är bättre änGTR, men dess nuvarande kapacitet är liten, låg spänning, i allmänhet gäller endast effekt inte mer än 10kW av kraft elektroniska enheter.

1. Ström MOSFET struktur och funktionsprincip

Power MOSFET-typer: enligt den ledande kanalen kan den delas in i P-kanal och N-kanal. Enligt grindens spänningsamplitud kan delas in i; utarmningstyp; när grindspänningen är noll när kollektor-källa-polen mellan förekomsten av en ledande kanal, förstärkt; för N (P)-kanalanordningar, är grindspänningen större än (mindre än) noll innan existensen av en ledande kanal, effekt-MOSFET är huvudsakligen N-kanalförstärkt.

1.1 KraftMOSFETstrukturera　　

Power MOSFET intern struktur och elektriska symboler; dess ledning endast en polaritet bärare (polys) involverade i den ledande, är en unipolär transistor. Ledningsmekanismen är densamma som lågeffekt MOSFET, men strukturen har en stor skillnad, lågeffekt MOSFET är en horisontell ledande enhet, effekt MOSFET större delen av den vertikala ledande strukturen, även känd som VMOSFET (Vertical MOSFET) , vilket avsevärt förbättrar MOSFET-enhetens spänning och strömmotståndsförmåga.

Enligt skillnaderna i den vertikala ledande strukturen, men också uppdelad i användningen av V-formad spår för att uppnå vertikal ledningsförmåga hos VVMOSFET och har en vertikal ledande dubbel-diffuserad MOSFET-struktur av VDMOSFET (Vertical Double-diffusedMOSFET), diskuteras detta dokument främst som ett exempel på VDMOS-enheter.

Power MOSFETs för flera integrerade strukturer, såsom International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET som använder en hexagonal enhet; Siemens (Siemens) SIPMOSFET med en fyrkantig enhet; Motorola (Motorola) TMOS använder en rektangulär enhet med "Pin"-formarrangemanget.

1.2 Power MOSFET funktionsprincip

Cut-off: mellan drain-source-polerna plus positiv strömförsörjning är gate-source-polerna mellan spänningen noll. p-basområdet och N-driftområdet bildas mellan PN-övergången Jl omvänd förspänning, inget strömflöde mellan kollektor-källa-polerna.

Konduktivitet: Med en positiv spänning UGS applicerad mellan gate-source terminalerna, är gate isolerad, så ingen gate ström flyter. Emellertid kommer den positiva spänningen hos grinden att trycka bort hålen i P-regionen under den och attrahera oligon-elektronerna i P-regionen till ytan av P-regionen under grinden när UGS är större än UT (startspänning eller tröskelspänning), koncentrationen av elektroner på ytan av P-regionen under grinden kommer att vara mer än koncentrationen av hål, så att halvledaren av P-typ inverteras till en N-typ och blir ett inverterat lager, och det inverterade lagret bildar en N-kanal och gör att PN-övergången J1 försvinner, dräneras och är ledande.

1.3 Grundläggande egenskaper hos Power MOSFETs

1.3.1 Statiska egenskaper.

Förhållandet mellan dräneringsström-ID och spänningen UGS mellan grindkällan kallas överföringskarakteristiken för MOSFET, ID är större, förhållandet mellan ID och UGS är ungefär linjärt och kurvans lutning definieras som transkonduktansen Gfs .

Drain-volt-ampere-egenskaperna (utgångsegenskaper) för MOSFET:n: cutoff-region (motsvarande cutoff-regionen för GTR); mättnadsregion (motsvarande amplifieringsregionen för GTR); icke-mättnadsregion (motsvarande mättnadsregionen för GTR). Effekt-MOSFET:en arbetar i omkopplingstillståndet, dvs den växlar fram och tillbaka mellan avskärningsområdet och icke-mättnadsområdet. Effekt-MOSFET har en parasitisk diod mellan drain-source-anslutningarna, och enheten leder när en omvänd spänning appliceras mellan drain-source-anslutningarna. På-tillståndsresistansen hos effekt-MOSFET har en positiv temperaturkoefficient, vilket är fördelaktigt för att utjämna strömmen när enheterna är parallellkopplade.

1.3.2 Dynamisk karaktärisering;

dess testkrets och växlingsprocessvågformer.

Startprocessen; startfördröjningstid td(on) - tidsperioden mellan ögonblicket i framkant och ögonblicket då uGS = UT och iD börjar visas; stigtid tr - tidsperioden när uGS stiger från uT till grindspänningen UGSP vid vilken MOSFET:en går in i det omättade området; steady state-värdet för iD bestäms av dräneringsmatningsspänningen, UE, och drain. Storleken på UGSP är relaterad till steady state-värdet för iD. Efter att UGS når UGSP fortsätter den att stiga under inverkan av upp tills den når stabilt tillstånd, men iD är ​​oförändrat. Påslagstid ton - Summan av påslagningsfördröjningstid och stigtid.

Avstängningsfördröjningstid td(off) -Tidsperioden när iD börjar minska till noll från tiden och uppåt faller till noll, Cin urladdas genom Rs och RG, och uGS faller till UGSP enligt en exponentiell kurva.

Falltid tf- Tidsperioden från det att uGS fortsätter att falla från UGSP och iD minskar tills kanalen försvinner vid uGS < UT och ID faller till noll. Avstängningstid toff- Summan av avstängningsfördröjningstiden och falltiden.

1.3.3 MOSFET-växlingshastighet.

MOSFET-växlingshastighet och Cin-laddning och urladdning har ett bra förhållande, användaren kan inte minska Cin, men kan minska drivkretsens interna motstånd Rs för att minska tidskonstanten, för att påskynda växlingshastigheten, MOSFET litar bara på polytronisk konduktivitet, det finns ingen oligotronisk lagringseffekt, och därför är avstängningsprocessen mycket snabb, kopplingstiden på 10-100ns, driftsfrekvensen kan vara upp till 100 kHz eller mer, är den högsta av de elektroniska huvudenheterna.

Fältstyrda enheter kräver nästan ingen inström i vila. Men under omkopplingsprocessen måste ingångskondensatorn laddas och laddas ur, vilket fortfarande kräver en viss mängd drivkraft. Ju högre kopplingsfrekvens, desto större drivkraft krävs.

1.4 Dynamisk prestandaförbättring

Förutom enheten ansökan för att överväga enheten spänning, ström, frekvens, men också måste behärska tillämpningen av hur man skyddar enheten, inte att göra enheten i övergående förändringar i skadan. Naturligtvis är tyristorn en kombination av två bipolära transistorer, tillsammans med en stor kapacitans på grund av den stora ytan, så dess dv/dt-kapacitet är mer sårbar. För di/dt har den också ett problem med utökat ledningsområde, så det medför också ganska allvarliga begränsningar.

Fallet med power MOSFET är helt annorlunda. Dess dv/dt- och di/dt-förmåga uppskattas ofta i termer av kapacitet per nanosekund (snarare än per mikrosekund). Men trots detta har den dynamiska prestandabegränsningar. Dessa kan förstås i termer av den grundläggande strukturen för en power MOSFET.

Strukturen för en effekt-MOSFET och dess motsvarande ekvivalenta krets. Förutom kapacitansen i nästan varje del av enheten, måste man tänka på att MOSFET har en diod kopplad parallellt. Ur en viss synvinkel finns det också en parasitisk transistor. (Precis som en IGBT också har en parasitisk tyristor). Dessa är viktiga faktorer i studiet av det dynamiska beteendet hos MOSFET:er.

Först och främst har den inre dioden som är fäst vid MOSFET-strukturen en viss lavinkapacitet. Detta uttrycks vanligtvis i termer av förmåga till enkel lavin och förmåga till upprepad lavin. När omvänd di/dt är stor utsätts dioden för en mycket snabb pulsspik, som har potential att komma in i lavinområdet och potentiellt skada enheten när dess lavinkapacitet överskrids. Som med alla PN-övergångsdioder är det ganska komplicerat att granska dess dynamiska egenskaper. De skiljer sig mycket från det enkla konceptet med en PN-övergång som leder i framåtriktningen och blockerar i motsatt riktning. När strömmen sjunker snabbt förlorar dioden sin omvända blockeringsförmåga under en tidsperiod som kallas den omvända återhämtningstiden. det finns också en tidsperiod då PN-övergången måste leda snabbt och inte visar ett mycket lågt motstånd. När det väl finns en framåtinjicering i dioden i en effekt-MOSFET, ökar de injicerade minoritetsbärarna också komplexiteten hos MOSFET som en multitronisk enhet.

Transienta förhållanden är nära besläktade med linjeförhållanden, och denna aspekt bör ges tillräcklig uppmärksamhet i ansökan. Det är viktigt att ha en fördjupad kunskap om enheten för att underlätta förståelsen och analysen av motsvarande problem.