Ikhtisar MOSFET

MOSFET Daya juga dibagi menjadi tipe persimpangan dan tipe gerbang berinsulasi, tetapi biasanya mengacu pada MOSFET tipe gerbang berinsulasi (Metal Oxide Semiconductor FET), yang disebut sebagai MOSFET daya (Power MOSFET). Transistor efek medan daya tipe sambungan umumnya disebut transistor induksi elektrostatis (Static Induction Transistor - SIT). Hal ini ditandai dengan tegangan gerbang untuk mengontrol arus pembuangan, rangkaian penggerak sederhana, memerlukan sedikit daya penggerak, kecepatan peralihan cepat, frekuensi operasi tinggi, stabilitas termal lebih baik daripadaGTR, tetapi kapasitas arusnya kecil, tegangan rendah, umumnya hanya berlaku untuk daya tidak lebih dari 10kW perangkat elektronik daya.

1. Struktur MOSFET daya dan prinsip operasi

Jenis MOSFET daya: menurut saluran konduktif dapat dibagi menjadi saluran P dan saluran N. Menurut amplitudo tegangan gerbang dapat dibagi menjadi; jenis penipisan; ketika tegangan gerbang nol ketika kutub sumber pembuangan antara keberadaan saluran penghantar, diperkuat; untuk perangkat saluran N (P), tegangan gerbang lebih besar dari (kurang dari) nol sebelum adanya saluran penghantar, MOSFET daya terutama ditingkatkan saluran-N.

1.1 KekuatanMOSFETstruktur　　

Struktur internal MOSFET daya dan simbol listrik; konduksinya hanya satu pembawa polaritas (poli) yang terlibat dalam konduktif, adalah transistor unipolar. Mekanisme penghantarnya sama dengan MOSFET berdaya rendah, namun strukturnya mempunyai perbedaan besar, MOSFET berdaya rendah adalah perangkat konduktif horizontal, MOSFET daya sebagian besar berstruktur konduktif vertikal, disebut juga VMOSFET (MOSFET Vertikal) , yang sangat meningkatkan kemampuan menahan tegangan dan arus perangkat MOSFET.

Menurut perbedaan dalam struktur konduktif vertikal, tetapi juga dibagi menjadi penggunaan alur berbentuk V untuk mencapai konduktivitas vertikal VVMOSFET dan memiliki struktur MOSFET terdifusi ganda konduktif vertikal dari VDMOSFET (Vertical Double-diffusedMOSFET), makalah ini terutama dibahas sebagai contoh perangkat VDMOS.

Power MOSFET untuk beberapa struktur terintegrasi, seperti Penyearah Internasional (International Rectifier) ​​HEXFET menggunakan unit heksagonal; Siemens (Siemens) SIPMOSFET menggunakan satuan persegi; Motorola (Motorola) TMOS menggunakan unit persegi panjang dengan susunan bentuk "Pin".

1.2 Prinsip operasi MOSFET Daya

Cut-off: antara kutub sumber saluran ditambah catu daya positif, tegangan antara kutub sumber gerbang adalah nol. daerah dasar p dan daerah drift N terbentuk antara persimpangan PN J1 bias balik, tidak ada aliran arus antara kutub sumber saluran.

Konduktivitas: Dengan UGS tegangan positif yang diterapkan antara terminal sumber gerbang, gerbang diisolasi, sehingga tidak ada arus gerbang yang mengalir. Namun, tegangan positif gerbang akan mendorong lubang-lubang di daerah P di bawahnya, dan menarik oligon-elektron di daerah P ke permukaan daerah P di bawah gerbang ketika UGS lebih besar dari pada UGS. UT (tegangan nyala atau tegangan ambang), konsentrasi elektron pada permukaan daerah P di bawah gerbang akan lebih banyak daripada konsentrasi lubang, sehingga semikonduktor tipe P terbalik menjadi tipe N dan menjadi terbalik lapisan, dan lapisan terbalik membentuk saluran-N dan membuat sambungan PN J1 menghilang, saluran pembuangan, dan sumber konduktif.

1.3 Karakteristik Dasar MOSFET Daya

1.3.1 Karakteristik Statis.

Hubungan antara ID arus drain dan tegangan UGS antara sumber gerbang disebut karakteristik transfer MOSFET, ID lebih besar, hubungan antara ID dan UGS kira-kira linier, dan kemiringan kurva didefinisikan sebagai transkonduktansi Gfs .

Karakteristik tegangan-ampere saluran (karakteristik keluaran) MOSFET: wilayah cutoff (sesuai dengan wilayah cutoff GTR); wilayah saturasi (sesuai dengan wilayah amplifikasi GTR); wilayah non-saturasi (sesuai dengan wilayah saturasi GTR). MOSFET daya beroperasi dalam keadaan switching, yaitu beralih bolak-balik antara daerah cutoff dan daerah non-saturasi. MOSFET daya memiliki dioda parasit di antara terminal sumber saluran, dan perangkat bekerja ketika tegangan balik diterapkan di antara terminal sumber saluran. Resistansi MOSFET daya dalam keadaan memiliki koefisien suhu positif, yang menguntungkan untuk menyamakan arus ketika perangkat dihubungkan secara paralel.

1.3.2 Karakterisasi Dinamis;

sirkuit uji dan bentuk gelombang proses peralihannya.

Proses penyalaan; waktu tunda penyalaan td(on) - jangka waktu antara momen di muka dan saat uGS = UT dan iD mulai muncul; waktu naik tr- periode waktu ketika uGS naik dari uT ke tegangan gerbang UGSP di mana MOSFET memasuki wilayah tidak jenuh; nilai keadaan tunak iD ditentukan oleh tegangan suplai saluran, UE, dan saluran pembuangan. Besarnya UGSP berhubungan dengan nilai keadaan tunak iD. Setelah UGS mencapai UGSP, UGS terus meningkat hingga mencapai kondisi stabil, tetapi iD tidak berubah. Waktu penyalaan ton-Jumlah waktu tunda penyalaan dan waktu bangun.

Waktu tunda mati td(mati) - Periode waktu ketika iD mulai berkurang ke nol dari waktu ke atas turun ke nol, Cin dibuang melalui Rs dan RG, dan uGS turun ke UGSP sesuai dengan kurva eksponensial.

Waktu jatuh tf- Periode waktu sejak uGS terus turun dari UGSP dan iD berkurang hingga saluran menghilang pada uGS < UT dan ID turun ke nol. Waktu matikan toff- Jumlah waktu tunda mematikan dan waktu jatuhnya.

1.3.3 Kecepatan peralihan MOSFET.

Kecepatan peralihan MOSFET dan pengisian dan pengosongan Cin memiliki hubungan yang baik, pengguna tidak dapat mengurangi Cin, namun dapat mengurangi resistansi internal rangkaian penggerak Rs untuk mengurangi konstanta waktu, untuk mempercepat kecepatan peralihan, MOSFET hanya mengandalkan konduktivitas politronik, tidak ada efek penyimpanan oligotronik, sehingga proses mematikannya sangat cepat, waktu peralihan 10-100ns, frekuensi pengoperasian bisa mencapai 100kHz atau lebih, merupakan yang tertinggi dari elektronik daya utama perangkat.

Perangkat yang dikontrol di lapangan hampir tidak memerlukan arus input saat diam. Namun, selama proses peralihan, kapasitor masukan perlu diisi dan dikosongkan, yang masih memerlukan sejumlah daya penggerak. Semakin tinggi frekuensi switching, semakin besar daya penggerak yang dibutuhkan.

1.4 Peningkatan kinerja dinamis

Selain aplikasi perangkat untuk mempertimbangkan tegangan perangkat, arus, frekuensi, tetapi juga harus menguasai penerapan cara melindungi perangkat, bukan untuk membuat perangkat dalam perubahan sementara dalam kerusakan. Tentu saja thyristor merupakan gabungan dua transistor bipolar, ditambah dengan kapasitansi yang besar karena area yang luas, sehingga kemampuan dv/dtnya lebih rentan. Untuk di/dt juga mempunyai masalah wilayah konduksi yang luas, sehingga juga mempunyai keterbatasan yang cukup parah.

Kasus power MOSFET sangat berbeda. Kemampuan dv/dt dan di/dtnya sering kali diperkirakan dalam bentuk kemampuan per nanodetik (bukan per mikrodetik). Namun meskipun demikian, ia memiliki keterbatasan kinerja dinamis. Ini dapat dipahami dari segi struktur dasar MOSFET daya.

Struktur MOSFET daya dan rangkaian ekivalennya. Selain kapasitansi di hampir setiap bagian perangkat, harus diperhatikan bahwa MOSFET memiliki dioda yang dihubungkan secara paralel. Dari sudut pandang tertentu, ada juga transistor parasit. (Sama seperti IGBT yang juga memiliki thyristor parasit). Ini adalah faktor penting dalam mempelajari perilaku dinamis MOSFET.

Pertama-tama dioda intrinsik yang melekat pada struktur MOSFET memiliki beberapa kemampuan longsoran salju. Hal ini biasanya dinyatakan dalam kemampuan longsoran tunggal dan kemampuan longsoran berulang. Ketika di/dt baliknya besar, dioda akan mengalami lonjakan pulsa yang sangat cepat, yang berpotensi memasuki wilayah longsoran dan berpotensi merusak perangkat jika kemampuan longsorannya terlampaui. Seperti halnya dioda sambungan PN, mengamati karakteristik dinamisnya cukup rumit. Hal ini sangat berbeda dengan konsep sederhana persimpangan PN yang berjalan pada arah maju dan menghalangi pada arah sebaliknya. Ketika arus turun dengan cepat, dioda kehilangan kemampuan pemblokiran baliknya selama jangka waktu yang dikenal sebagai waktu pemulihan balik. ada juga periode waktu ketika sambungan PN harus mengalir dengan cepat dan tidak menunjukkan resistansi yang sangat rendah. Setelah ada injeksi maju ke dioda dalam MOSFET daya, pembawa minoritas yang disuntikkan juga menambah kompleksitas MOSFET sebagai perangkat multitronik.

Kondisi transien berkaitan erat dengan kondisi garis, dan aspek ini harus mendapat perhatian yang cukup dalam penerapannya. Penting untuk memiliki pengetahuan mendalam tentang perangkat untuk memfasilitasi pemahaman dan analisis masalah terkait.