Qu'est-ce que MOSFET?  

   
        La signification originale de MOSFET est : MOS (Metal Oxide Semiconductor), FET (Field Effect Transistor), c'est-à-dire le transistor à effet de champ qui contrôle le semi-conducteur (S) par l'effet du champ électrique avec la grille de la couche métallique (M) à travers la couche d'oxyde (O).Structure du MOSFET de puissance

La structure interne et le symbole électrique du MOSFET de puissance sont illustrés sur la figure. Il est divisé en deux types : NPN et PNP. Le type NPN est généralement appelé type à canal N et le type PNP est généralement appelé type à canal P. Comme on peut le voir sur la fig. 1, la source et le drain du FET à canal N sont connectés au semi-conducteur de type N, et la source et le drain du FET à canal P sont connectés au semi-conducteur de type P. On sait que la triode générale contrôle le courant de sortie par le courant d'entrée. Cependant, pour le FET, son courant de sortie est contrôlé par la tension d'entrée (ou tension de champ). On peut considérer que le courant d'entrée est très faible ou qu'il n'y a pas de courant d'entrée, ce qui confère au dispositif une impédance d'entrée élevée, et c'est pourquoi nous l'appelons FET.

       Principe de fonctionnement du MOSFET de puissance
   
       Coupure : une alimentation positive est appliquée entre le drain et la source, et la tension entre la grille et la source est nulle. La jonction PN J1 formée entre la région de base P et la région de dérive N est inversée et aucun courant ne circule entre le drain et la source.

Conductivité : Une tension positive UGS est appliquée entre la grille et la source. La porte est isolée, donc aucun courant de porte ne circulera. Cependant, la tension positive de la grille repoussera les trous de la région P en dessous et attirera les porteurs minoritaires et les électrons de la région P vers la surface de la région P en dessous de la grille.Lorsque UGS est supérieur à UT (tension d'activation ou tension de seuil), la concentration d'électrons à la surface de la région P sous la grille dépassera la concentration de trous, ce qui inversera le semi-conducteur de type P en type N et deviendra une couche d'inversion. La couche d'inversion formera un canal N pour faire disparaître la jonction PN J1, et le drain et la source seront conducteurs.Caractéristiques de base du MOSFET de puissance
   
          Caractéristiques statiques :        

Ses caractéristiques de transfert et ses caractéristiques de sortie sont illustrées à la figure 2.

 
 

La relation entre le courant de drain ID et la tension grille-source UGS est appelée caractéristique de transfert d'un MOSFET. Lorsque ID est grand, la relation entre ID et UGS est approximativement linéaire, et la pente de la courbe est définie comme la transconductance Gfs.

Caractéristiques VA (caractéristiques de sortie) du drain du MOSFET : zone de coupure (correspondant à la zone de coupure du GTR) ; Région de saturation (correspondant à la région d'amplification du GTR) ; Région insaturée (correspondant à la région saturée du GTR). Le MOSFET de puissance fonctionne dans l'état de commutation, c'est-à-dire qu'il bascule entre la région de coupure et la région non saturée. Il y a une diode parasite entre le drain et la source du MOSFET de puissance, et le dispositif s'allume lorsqu'une tension inverse est appliquée entre le drain et la source. La résistance à l'état passant du MOSFET de puissance a un coefficient de température positif, ce qui est bénéfique pour le partage du courant lorsque les appareils sont connectés en parallèle.
            Caractéristiques dynamiques :

Les formes d'onde du circuit de test et du processus de commutation sont illustrées à la figure 3.

 

Temps de retard à l'activation Td (on) - le temps de retard à l'activation est le temps entre le moment où la tension grille-source augmente à 10 % de la tension de commande de grille et le moment où le courant de fuite augmente à 10 % du courant spécifié.Tr Rise Time-Le temps de montée est le temps nécessaire pour que le courant de drain passe de 10 % à 90 %. La valeur en régime permanent de iD est déterminée par la tension d'alimentation du drain UE et la résistance de charge du drain. La taille de l'UGSP est liée à la valeur à l'état stable de l'iD. Une fois que l'UGS a atteint l'UGSP, il continue d'augmenter sous l'action de jusqu'à ce qu'il atteigne l'état stable, mais l'iD n'a pas changé. ??Temps d'ouverture tonne-la somme du temps de retard d'ouverture et du temps de montée.Temps de retard de désactivation Td (off) - Le temps de retard de désactivation est le temps entre le moment où la tension grille-source chute à 90 % de la tension de commande de grille et le moment où le courant de fuite chute à 90 % du courant spécifié. Cela montre le délai avant que le courant ne soit transmis à la charge.Tf Fall Time - Le temps de chute est le temps nécessaire pour que le courant de drain chute de 90 % à 10 %.Temps d'arrêt toff-la somme du temps de retard d'arrêt et du temps de chute.
          Comprendre plusieurs paramètres courants du MOSFET                
VDS, c'est-à-dire la tension drain-source, est un paramètre limitant du MOSFET, qui indique la tension maximale entre le drain et la source du MOSFET. Il est à noter que ce paramètre est lié à la température de jonction. Habituellement, plus la température de jonction est élevée, plus la valeur maximale est élevée. RDS(on), résistance à l'état passant du drain et de la source, qui indique la résistance à l'état passant entre le drain et la source lorsque le MOSFET est activé dans certaines conditions. Ce paramètre est lié à la température de jonction MOSFET et à la tension de commande Vgs. Dans une certaine plage, plus la température de jonction est élevée, plus le Rds est élevé ; Plus la tension de commande est élevée, plus le Rds. Q, charge de grille, est la charge de charge requise pour que la tension de grille passe de 0 V à la tension de terminaison (telle que 15 V) sous l'action du signal de commande. Autrement dit, la charge que le MOSFET doit fournir de l'état désactivé à l'état complètement activé est un paramètre principal utilisé pour évaluer la capacité de pilotage du circuit de pilotage du MOSFET. L'identifiant, le courant de drain et le courant de drain sont généralement décrits de plusieurs manières différentes. Selon la forme du courant de travail, il existe un courant de drain continu et un courant de drain pulsé avec une certaine largeur d'impulsion. Ce paramètre est également un paramètre limite du MOSFET, mais cette valeur de courant maximale ne signifie pas que le courant de drain peut atteindre cette valeur pendant le fonctionnement. Cela signifie que lorsque la température de la coque est à une certaine valeur, si le courant de fonctionnement du MOSFET est le courant de drain maximal mentionné ci-dessus, la température de jonction atteindra la valeur maximale. Ce paramètre est donc également lié à l'emballage de l'appareil et à la température ambiante. Eoss, capacité de sortie, indique l'énergie stockée dans le MOSFET par le condensateur de sortie Coss. Étant donné que la capacité de sortie Coss du MOSFET présente des caractéristiques non linéaires évidentes, elle change avec le changement de tension Vds. Par conséquent, si la fiche technique fournit ce paramètre, il est très utile d'évaluer la perte de commutation du MOSFET. Tous les manuels MOSFET ne fournissent pas ce paramètre, en fait, la plupart des fiches techniques ne le font pas. Le taux de variation actuel de la diode corporelle di/dt reflète les caractéristiques de récupération inverse de la diode corporelle MOSFET. La diode étant un dispositif bipolaire, elle est affectée par le stockage de charges. Lorsque la diode est polarisée en inverse, la charge stockée dans la jonction PN doit être éliminée. Les paramètres ci-dessus reflètent cette caractéristique. Vg, la tension de commande maximale de la grille et de la source, qui est également un paramètre limite du MOSFET, indique la tension de commande maximale que le MOSFET peut supporter. Un dépassement de cette limite peut endommager définitivement la couche d'oxyde de grille, même en très peu de temps. D'une manière générale, tant que la tension de commande ne dépasse pas la limite, il n'y aura aucun problème. Cependant, dans certaines occasions spéciales, en raison de l'existence de paramètres parasites, cela aura un impact inattendu sur la tension Vgs, qui nécessite une attention particulière. SOA (zone de fonctionnement sûre) : chaque MOSFET indique sa zone de fonctionnement sûre. Les différents transistors bipolaires et MOSFET de puissance ne présentent pas de claquage secondaire. La zone de fonctionnement sûre est donc simplement définie à partir de la puissance dissipée lorsque la température de jonction atteint la valeur maximale admissible.           
          principe de sélection du MOSFET de puissance          Connaissant l'importance des paramètres MOSFET, comment choisir les produits qui répondent à vos besoins selon le manuel du produit du fabricant ? Il y a quatre étapes pour choisir le bon MOSFET.1) Sélection du canal La première étape pour choisir le bon dispositif pour la conception est de décider s'il faut utiliser un MOSFET à canal N ou à canal P. Dans les applications de puissance typiques, lorsqu'un MOSFET est mis à la terre et que la charge est connectée à la tension secteur, le MOSFET constitue un commutateur côté basse tension. Dans le commutateur côté basse tension, le MOSFET à canal N doit être utilisé en raison de la prise en compte de la tension requise pour éteindre ou allumer l'appareil. Lorsque le MOSFET est connecté au bus et que la charge est mise à la terre, le commutateur côté haute tension est utilisé. Le MOSFET à canal P est généralement utilisé dans cette topologie, ce qui est également dû à la prise en compte de la commande de tension. 2) sélection de la tension et du courant Plus la tension nominale est élevée, plus le coût de l'appareil est élevé. D'après l'expérience pratique, la tension nominale doit être supérieure à la tension du réseau ou à la tension du bus. C'est la seule façon d'assurer une protection suffisante pour que le MOSFET ne tombe pas en panne. Pour le choix d'un MOSFET, il est nécessaire de déterminer la tension maximale entre le drain et la source, c'est-à-dire la tension VDS maximale. Les ingénieurs concepteurs doivent également prendre en compte les transitoires de tension induits par la commutation de dispositifs électroniques, tels que les moteurs ou les transformateurs. La tension nominale des différentes applications est également différente ; Habituellement, l'appareil portable est de 20 V, l'alimentation FPGA est de 20 à 30 V et l'application 85 à 220 V CA est de 450 à 600 V. En mode de conduction continue, le MOSFET est dans un état stable et le courant traverse en continu l'appareil. Le pic d'impulsion fait référence à une grande quantité de surtension (ou de courant de pointe) circulant à travers l'appareil. Une fois le courant maximum dans ces conditions déterminé, il suffit de sélectionner directement le dispositif pouvant supporter ce courant maximum. ?3) Calcul de la perte de conduction La perte de puissance des dispositifs MOSFET peut être calculée par Iload2× Selon le calcul RDS(ON), puisque la résistance à l'état passant change avec la température, la consommation électrique changera également proportionnellement. Pour une conception portable, il est plus facile (plus courant) d’utiliser une tension inférieure, tandis que pour une conception industrielle, une tension plus élevée peut être utilisée. Notez que la résistance RDS(ON) augmentera légèrement avec le courant. Les modifications de divers paramètres électriques de la résistance RDS(ON) peuvent être trouvées dans la fiche technique fournie par le fabricant. 4) La dissipation thermique du système informatique oblige le concepteur à considérer deux situations différentes, à savoir le pire des cas et la situation réelle. Il est recommandé d'adopter le résultat du calcul pour le pire des cas, car ce résultat offre une plus grande marge de sécurité et peut garantir que le système ne tombera pas en panne. Certaines données de mesure nécessitent une attention particulière dans la fiche technique du MOSFET ; Tels que la résistance thermique entre la jonction semi-conductrice du dispositif emballé et l'environnement, et la température de jonction maximale. En fait, la perte de commutation est également un indice très important. Le produit tension-courant instantané est assez important, ce qui détermine dans une certaine mesure les performances de commutation de l'appareil. Cependant, si le système nécessite des performances de commutation élevées, le MOSFET de puissance avec une faible charge de grille QG peut être sélectionné.

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