Was ist MOSFET?  

   
        Die ursprüngliche Bedeutung von MOSFET ist: MOS (Metalloxidhalbleiter), FET (Feldeffekttransistor), d. h. der Feldeffekttransistor, der den Halbleiter (S) durch die Wirkung eines elektrischen Felds mit dem Gate der Metallschicht (M) durch die Oxidschicht (O) steuert.Struktur des Leistungs-MOSFET

Die interne Struktur und das elektrische Symbol des Leistungs-MOSFET sind in der Abbildung dargestellt. Er kann in NPN-Typ und PNP-Typ unterteilt werden. Typ NPN wird üblicherweise als n-Kanal-Typ bezeichnet, und Typ PNP wird üblicherweise als p-Kanal-Typ bezeichnet. Wie aus Abb. ersichtlich ist. In 1 sind Source und Drain des N-Kanal-FET mit dem Halbleiter vom N-Typ verbunden, und Source und Drain des P-Kanal-FET sind mit dem Halbleiter vom P-Typ verbunden. Wir wissen, dass die allgemeine Triode den Ausgangsstrom durch den Eingangsstrom steuert. Bei FETs wird der Ausgangsstrom jedoch durch die Eingangsspannung (oder Feldspannung) gesteuert. Es kann davon ausgegangen werden, dass der Eingangsstrom sehr klein ist oder kein Eingangsstrom vorhanden ist, was dazu führt, dass das Gerät eine hohe Eingangsimpedanz hat. Aus diesem Grund nennen wir es FET.

       Funktionsprinzip des Leistungs-MOSFET
   
       Abschaltung: Zwischen Drain und Source liegt eine positive Stromversorgung an und die Spannung zwischen Gate und Source ist Null. Der zwischen dem P-Basisbereich und dem N-Driftbereich gebildete PN-Übergang J1 ist umgekehrt und es fließt kein Strom zwischen Drain und Source.

Leitfähigkeit: Zwischen Gate und Source wird eine positive Spannung UGS angelegt. Das Gate ist isoliert, sodass kein Gate-Strom fließt. Die positive Spannung des Gates verdrängt jedoch die Löcher im P-Bereich darunter und zieht Minoritätsladungsträger und Elektronen im P-Bereich an die Oberfläche des P-Bereichs unterhalb des Gates.Wenn UGS größer als UT (Einschaltspannung oder Schwellenspannung) ist, übersteigt die Elektronenkonzentration auf der Oberfläche des P-Bereichs unter dem Gate die Lochkonzentration, wodurch der P-Typ-Halbleiter in den N-Typ-Halbleiter umgewandelt wird eine Inversionsschicht. Die Inversionsschicht bildet einen N-Kanal, sodass der PN-Übergang J1 verschwindet und Drain und Source leitend sind.Grundlegende Eigenschaften von Leistungs-MOSFET
   
          Statische Eigenschaften:        

Seine Übertragungseigenschaften und Ausgangseigenschaften sind in Abbildung 2 dargestellt.

 
 

Die Beziehung zwischen Drainstrom ID und Gate-Source-Spannung UGS wird als Übertragungskennlinie des MOSFET bezeichnet. Bei einem großen ID ist die Beziehung zwischen ID und UGS annähernd linear und die Steigung der Kurve wird als Transkonduktanz Gfs definiert.

VA-Kennlinien (Ausgangskennlinien) des Drains des MOSFET: Sperrbereich (entsprechend dem Sperrbereich des GTR); Sättigungsbereich (entspricht dem Amplifikationsbereich von GTR); Ungesättigter Bereich (entspricht dem gesättigten Bereich von GTR). Der Leistungs-MOSFET arbeitet im Schaltzustand, das heißt, er schaltet zwischen dem Sperrbereich und dem ungesättigten Bereich hin und her. Zwischen Drain und Source des Leistungs-MOSFET befindet sich eine parasitäre Diode, und das Gerät schaltet ein, wenn zwischen Drain und Source eine Sperrspannung angelegt wird. Der Durchlasswiderstand des Leistungs-MOSFET weist einen positiven Temperaturkoeffizienten auf, was sich günstig auf die Stromaufteilung auswirkt, wenn die Geräte parallel geschaltet werden.
            Dynamische Eigenschaften:

Die Wellenformen des Teststromkreises und des Schaltvorgangs sind in Abbildung 3 dargestellt.

 

Td(on) Einschaltverzögerungszeit – Einschaltverzögerungszeit ist die Zeit vom Anstieg der Gate-Source-Spannung auf 10 % der Gate-Ansteuerspannung bis zum Anstieg des Leckstroms auf 10 % des angegebenen Stroms.Tr-Anstiegszeit – Die Anstiegszeit ist die Zeit, die der Drain-Strom benötigt, um von 10 % auf 90 % anzusteigen. Der stationäre Wert von iD wird durch die Drain-Versorgungsspannung UE und den Drain-Lastwiderstand bestimmt. Die Größe von UGSP hängt vom stationären Wert von iD ab. Nachdem UGS UGSP erreicht hat, steigt es unter der Wirkung von up weiter an, bis es den stationären Zustand erreicht, aber die iD hat sich nicht geändert. ??Öffnungszeit ton – die Summe aus Öffnungsverzögerungszeit und Anstiegszeit.Td(off) Ausschaltverzögerungszeit – Die Ausschaltverzögerungszeit ist die Zeit vom Absinken der Gate-Source-Spannung auf 90 % der Gate-Ansteuerspannung bis zum Absinken des Leckstroms auf 90 % des angegebenen Stroms. Dies zeigt die Verzögerung, bevor der Strom an die Last übertragen wird.Tf-Abfallzeit – Die Abfallzeit ist die Zeit, die benötigt wird, bis der Drain-Strom von 90 % auf 10 % abfällt.Ausschaltzeit toff – die Summe aus Ausschaltverzögerungszeit und Abfallzeit.
          Verstehen Sie mehrere gängige Parameter von MOSFET                
VDS, also die Drain-Source-Spannung, ist ein Grenzparameter des MOSFET, der die maximale Spannung zwischen Drain und Source des MOSFET angibt. Es ist zu beachten, dass dieser Parameter mit der Sperrschichttemperatur zusammenhängt. Normalerweise ist der Maximalwert umso höher, je höher die Sperrschichttemperatur ist. RDS(on), Einschaltwiderstand von Drain und Source, der den Einschaltwiderstand zwischen Drain und Source angibt, wenn der MOSFET unter bestimmten Bedingungen eingeschaltet ist. Dieser Parameter hängt mit der MOSFET-Übergangstemperatur und der Treiberspannung Vgs zusammen. Innerhalb eines bestimmten Bereichs ist der Rds umso größer, je höher die Sperrschichttemperatur ist. Je höher die Antriebsspannung, desto kleiner ist der Rds. Q, Gate-Ladung, ist die Ladeladung, die erforderlich ist, damit die Gate-Spannung unter der Wirkung des Ansteuersignals von 0 V auf die Abschlussspannung (z. B. 15 V) ansteigt. Das heißt, die Ladung, die der MOSFET vom Aus-Zustand bis zum vollständig eingeschalteten Zustand bereitstellen muss, ist ein Hauptparameter, der zur Bewertung der Treiberfähigkeit der MOSFET-Treiberschaltung verwendet wird. Id, Drain-Strom und Drain-Strom werden normalerweise auf verschiedene Arten beschrieben. Je nach Form des Arbeitsstroms gibt es einen kontinuierlichen Drainstrom und einen gepulsten Drainstrom mit einer bestimmten Impulsbreite. Dieser Parameter ist auch ein Grenzparameter des MOSFET, aber dieser maximale Stromwert bedeutet nicht, dass der Drainstrom diesen Wert während des Betriebs erreichen kann. Dies bedeutet, dass die Sperrschichttemperatur den Maximalwert erreicht, wenn die Gehäusetemperatur einen bestimmten Wert erreicht und der Arbeitsstrom des MOSFET dem oben genannten maximalen Drain-Strom entspricht. Dieser Parameter hängt also auch mit der Geräteverpackung und der Umgebungstemperatur zusammen. Eoss, Ausgangskapazitätsenergie, gibt die im MOSFET durch den Ausgangskondensator Coss gespeicherte Energie an. Da die Ausgangskapazität Coss des MOSFET offensichtlich nichtlineare Eigenschaften aufweist, ändert sie sich mit der Änderung der Vds-Spannung. Wenn dieser Parameter im Datenblatt angegeben ist, ist er daher sehr hilfreich bei der Bewertung des Schaltverlusts des MOSFET. Nicht alle MOSFET-Handbücher enthalten diesen Parameter, tatsächlich ist dies in den meisten Datenblättern nicht der Fall. Die Stromänderungsrate der Body-Diode di/dt spiegelt die Sperrverzögerungseigenschaften der MOSFET-Body-Diode wider. Da es sich bei der Diode um ein bipolares Bauelement handelt, ist sie von Ladungsspeicherung betroffen. Wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist, muss die im PN-Übergang gespeicherte Ladung gelöscht werden. Die oben genannten Parameter spiegeln diese Eigenschaft wider. Vg, die maximale Ansteuerspannung von Gate und Source, die auch ein Grenzparameter des MOSFET ist, gibt die maximale Ansteuerspannung an, die der MOSFET aushalten kann. Sobald die Ansteuerspannung diesen Grenzwert überschreitet, führt dies selbst in sehr kurzer Zeit zu einer dauerhaften Beschädigung der Gate-Oxidschicht. Im Allgemeinen gibt es kein Problem, solange die Antriebsspannung den Grenzwert nicht überschreitet. In einigen besonderen Fällen kann es aufgrund parasitärer Parameter jedoch zu unerwarteten Auswirkungen auf die Vgs-Spannung kommen, die besondere Aufmerksamkeit erfordern. SOA, sicherer Arbeitsbereich. Jeder MOSFET hat seinen eigenen sicheren Arbeitsbereich. Verschiedene Bipolartransistoren und Leistungs-MOSFETs weisen keinen sekundären Durchschlag auf. Der sichere Arbeitsbereich wird daher einfach anhand der Verlustleistung definiert, wenn die Sperrschichttemperatur den maximal zulässigen Wert erreicht.           
          Auswahlprinzip des Leistungs-MOSFET          Wenn Sie die Bedeutung der MOSFET-Parameter kennen, wie wählen Sie die Produkte aus, die Ihren Anforderungen gemäß dem Produkthandbuch des Herstellers entsprechen? Die Auswahl des richtigen MOSFET umfasst vier Schritte.1) Kanalauswahl Der erste Schritt bei der Auswahl des richtigen Geräts für das Design besteht darin, zu entscheiden, ob ein N-Kanal- oder ein P-Kanal-MOSFET verwendet werden soll. In typischen Leistungsanwendungen stellt der MOSFET einen Niederspannungsschalter dar, wenn er geerdet ist und die Last an die Netzspannung angeschlossen ist. Im Niederspannungsschalter sollte ein N-Kanal-MOSFET verwendet werden, da die zum Ein- und Ausschalten des Geräts erforderliche Spannung berücksichtigt werden muss. Wenn der MOSFET mit dem Bus verbunden und die Last geerdet ist, wird der Schalter auf der Hochspannungsseite verwendet. In dieser Topologie wird üblicherweise ein P-Kanal-MOSFET verwendet, was auch auf die Berücksichtigung der Spannungsansteuerung zurückzuführen ist. 2) Auswahl von Spannung und Stromstärke Je höher die Nennspannung, desto höher sind die Kosten des Geräts. Erfahrungsgemäß sollte die Nennspannung größer sein als die Netzspannung bzw. Busspannung. Nur so kann ein ausreichender Schutz gewährleistet werden, sodass der MOSFET nicht ausfällt. Bei der Auswahl des MOSFETs ist es notwendig, die maximale Spannung zwischen Drain und Source, also den maximalen VDS, zu bestimmen. Weitere Sicherheitsfaktoren, die Konstrukteure berücksichtigen müssen, sind Spannungsspitzen, die durch das Schalten elektronischer Geräte wie Motoren oder Transformatoren verursacht werden. Auch die Nennspannung verschiedener Anwendungen ist unterschiedlich; Normalerweise beträgt die Spannung des tragbaren Geräts 20 V, die der FPGA-Stromversorgung 20–30 V und die 85–220-VAC-Anwendung 450–600 V. Im Dauerstrommodus befindet sich der MOSFET in einem stationären Zustand und der Strom fließt kontinuierlich durch das Gerät. Unter Impulsspitze versteht man einen großen Stromstoß (oder Spitzenstrom), der durch das Gerät fließt. Sobald der maximale Strom unter diesen Bedingungen ermittelt ist, muss nur noch direkt das Gerät ausgewählt werden, das diesem maximalen Strom standhalten kann. ?3) Berechnung des Leitungsverlustes Der Leistungsverlust von MOSFET-Geräten kann mit Iload2× berechnet werden Laut RDS(ON)-Berechnung ändert sich der Stromverbrauch proportional, da sich der Einschaltwiderstand mit der Temperatur ändert. Für tragbare Designs ist es einfacher (häufiger), eine niedrigere Spannung zu verwenden, während für industrielle Designs eine höhere Spannung verwendet werden kann. Beachten Sie, dass der RDS(ON)-Widerstand mit dem Strom leicht ansteigt. Änderungen verschiedener elektrischer Parameter des RDS(ON)-Widerstands finden Sie im technischen Datenblatt des Herstellers. 4) Die Wärmeableitung des Computersystems erfordert, dass der Designer zwei verschiedene Situationen berücksichtigt, nämlich den schlimmsten Fall und die reale Situation. Es empfiehlt sich, das Berechnungsergebnis für den Worst Case zu übernehmen, da dieses Ergebnis eine größere Sicherheitsmarge bietet und einen Ausfall des Systems verhindern kann. Es gibt einige Messdaten, die im MOSFET-Datenblatt beachtet werden müssen. Beispielsweise der Wärmewiderstand zwischen dem Halbleiterübergang des verpackten Geräts und der Umgebung sowie die maximale Übergangstemperatur. Tatsächlich ist der Schaltverlust auch ein sehr wichtiger Index. Das momentane Spannungs-Strom-Produkt ist ziemlich groß, was in gewissem Maße die Schaltleistung des Geräts bestimmt. Wenn das System jedoch eine hohe Schaltleistung erfordert, kann der Leistungs-MOSFET mit niedriger Gate-Ladung QG ausgewählt werden.

Haftungsausschluss: Dieser Artikel ist eine Reproduktion aus „Notes of Electronic Engineers“. Dieser Artikel gibt nur die persönlichen Ansichten des Autors wieder und gibt nicht die Ansichten von Sacco Micro und der Branche wieder. Es dient ausschließlich dem Nachdruck und der Weitergabe zur Unterstützung des Schutzes geistiger Eigentumsrechte. Bitte geben Sie beim Nachdruck die Originalquelle und den Autor an. Wenn ein Verstoß vorliegt, kontaktieren Sie uns bitte, um ihn zu löschen.

Firmentel.: +86-0755-83044319
Fax/Fax:+86-0755-83975897
E-Mail: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Manager Li
QQ: 332496225 Manager Qiu
Adresse: Raum 809, Block C, Zhantao Technology Building, No.1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, Shenzhen