מה זה MOSFET?  

   
        המשמעות המקורית של MOSFET היא: MOS (Metal Oxide Semiconductor), FET (Field Effect Transistor), כלומר, טרנזיסטור אפקט השדה השולט על המוליך למחצה (S) על ידי השפעת שדה חשמלי עם שער שכבת המתכת (M) דרך שכבת התחמוצת (O).מבנה MOSFET הספק

המבנה הפנימי והסמל החשמלי של MOSFET הספק מוצגים באיור. ניתן לחלק אותו לסוגים NPN וסוג PNP. סוג NPN נקרא בדרך כלל סוג n-channel, וסוג PNP נקרא בדרך כלל סוג p-channel. כפי שניתן לראות מאיור. 1, המקור והניקוז של FET ערוץ N מחוברים למוליך למחצה מסוג N, והמקור והניקוז של FET ערוץ P מחוברים למוליך למחצה מסוג P. אנו יודעים שהטריודה הכללית שולטת בזרם המוצא על ידי זרם הכניסה. עם זאת, עבור FET, זרם המוצא שלו נשלט על ידי מתח הכניסה (או מתח השדה). ניתן להתייחס לכך שזרם הכניסה קטן מאוד או שאין זרם כניסה, מה שגורם למכשיר להיות בעל עכבת כניסה גבוהה, וזו הסיבה שאנו קוראים לו FET.

       עקרון העבודה של MOSFET הספק
   
       ניתוק: אספקת חשמל חיובית מופעלת בין ניקוז למקור, והמתח בין השער למקור הוא אפס. צומת PN J1 שנוצר בין אזור P-base לאזור N-drive הוא הפוך, ולא זורם זרם בין הניקוז למקור.

מוליכות: מתח חיובי UGS מופעל בין השער למקור. השער מבודד, כך שלא יזרום זרם שער. עם זאת, המתח החיובי של השער ידחק את החורים באזור P שמתחתיו, וימשוך נשאי מיעוטים ואלקטרונים באזור P אל פני השטח של אזור P שמתחת לשער.כאשר UGS גדול מ-UT (מתח הפעלה או מתח סף), ריכוז האלקטרונים על פני אזור ה-P מתחת לשער יעלה על ריכוז החור, מה שיהפוך את המוליך למחצה מסוג P לסוג N ויהפוך שכבת היפוך. שכבת ההיפוך תהווה ערוץ N כדי לגרום לצומת PN J1 להיעלם, והניקוז והמקור יהיו מוליכים.מאפיינים בסיסיים של MOSFET הספק
   
          מאפיינים סטטיים:        

מאפייני ההעברה ומאפייני הפלט שלו מוצגים באיור 2.

 
 

הקשר בין ID זרם הניקוז (drain current ID) למתח שער-מקור UGS (gate-source voltage) נקרא מאפיין ההעברה של MOSFET. כאשר ID גדול, הקשר בין ID ל-UGS הוא ליניארי בקירוב, ושיפוע העקומה מוגדר כטרנסמוליכות Gfs.

מאפייני VA (מאפייני פלט) של הניקוז של ה-MOSFET: אזור החיתוך (המתאים לאזור החיתוך של ה-GTR); אזור הרוויה (המקביל לאזור ההגברה של GTR); אזור בלתי רווי (מקביל לאזור הרווי של GTR). רכיב ה-MOSFET להספק פועל במצב מיתוג, כלומר, הוא עובר הלוך ושוב בין אזור החיתוך לאזור הבלתי רווי. יש דיודה טפילית בין הניקוז למקור החשמל, רכיב MOSFET, וההתקן נדלק כאשר מופעל מתח הפוך בין הניקוז למקור. להתנגדות במצב פעולה של MOSFET להספק יש מקדם טמפרטורה חיובי, דבר המועיל לחלוקת הזרם כאשר ההתקנים מחוברים במקביל.
            מאפיינים דינמיים:

מעגל הבדיקה וצורות הגל של תהליך המיתוג מוצגות באיור 3.

 

Td(on) השהיית זמן הדלקה זמן השהיית הדלקה הוא הזמן מרגע שמתח מקור השער עולה ל-10% ממתח הנעת השער ועד לעלייה של זרם הדליפה ל-10% מהזרם שצוין.Tr Rise Time-Rese time הוא הזמן שלוקח לזרם הניקוז לעלות מ-10% ל-90%. ערך המצב היציב של iD נקבע על ידי מתח אספקת הניקוז UE והתנגדות עומס הניקוז. הגודל של UGSP קשור לערך ה-steady state של iD. לאחר ש-UGS מגיע ל-UGSP, הוא ממשיך לעלות תחת הפעולה של עד שהוא מגיע למצב היציב, אך ה-id לא השתנה. ??זמן פתיחה טון - הסכום של זמן עיכוב פתיחה וזמן עלייה.Td(off) זמן השהיית כיבוי זמן כיבוי הוא הזמן מרגע שמתח מקור השער יורד ל-90% ממתח הנעת השער ועד לירידה של זרם הדליפה ל-90% מהזרם שצוין. זה מראה את ההשהיה לפני שהזרם מועבר לעומס.Tf Time Fall-זמן הנפילה הוא הזמן שלוקח לזרם הניקוז לרדת מ-90% ל-10%.זמן כיבוי toff-הסכום של זמן עיכוב כיבוי וזמן נפילה.
          להבין מספר פרמטרים נפוצים של MOSFET                
VDS, כלומר, מתח הניקוז-מקור, הוא פרמטר מגביל של MOSFET, המציין את המתח המקסימלי בין הניקוז למקור של ה-MOSFET. יש לציין כי פרמטר זה קשור לטמפרטורת הצומת. בדרך כלל, ככל שטמפרטורת הצומת גבוהה יותר, הערך המרבי. RDS(on), התנגדות פעילה של הניקוז והמקור, המציינת התנגדות פעילה בין הניקוז למקור כאשר ה-MOSFET מופעל בתנאים מסוימים. פרמטר זה קשור לטמפרטורת צומת ה-MOSFET ולמתח ההנעה Vgs. בטווח מסוים, ככל שטמפרטורת הצומת גבוהה יותר, כך ה-Rds גדול יותר; ככל שמתח ההנעה גבוה יותר, כך ה-Rds קטן יותר. Q, טעינת שער, הוא מטען הטעינה הנדרש כדי שמתח השער יעלה מ-0V למתח הסיום (כגון 15V) תחת פעולת האות המניע. כלומר, המטען שה-MOSFET צריך לספק ממצב כבוי למצב דלוק לחלוטין הוא פרמטר עיקרי המשמש להערכת יכולת ההנעה של מעגל ההנעה של ה-MOSFET. זיהוי, זרם ניקוז וזרם ניקוז מתוארים בדרך כלל בכמה דרכים שונות. על פי צורת זרם העבודה, ישנם זרם ניקוז רציף וזרם ניקוז פועם עם רוחב פולס מסוים. פרמטר זה הוא גם פרמטר גבול של MOSFET, אך ערך זרם מקסימלי זה אינו אומר שזרם הניקוז יכול להגיע לערך זה במהלך הפעולה. משמעות הדבר היא שכאשר טמפרטורת הקליפה נמצאת בערך מסוים, אם זרם העבודה של ה-MOSFET הוא זרם הניקוז המקסימלי שהוזכר לעיל, טמפרטורת הצומת תגיע לערך המקסימלי. אז פרמטר זה קשור גם לחבילת המכשיר ולטמפרטורת הסביבה. Eoss, אנרגיית קיבולת המוצא, מציין את האנרגיה המאוחסנת ב-MOSFET על ידי קבל המוצא Coss. מכיוון שלקיבול המוצא Coss של MOSFET יש מאפיינים לא ליניאריים ברורים, הוא משתנה עם שינוי מתח Vds. לכן, אם גיליון הנתונים מספק פרמטר זה, זה מאוד מועיל להעריך את אובדן המיתוג של ה-MOSFET. לא כל מדריכי ה-MOSFET מספקים פרמטר זה, למעשה, רוב גיליונות הנתונים אינם עושים זאת. קצב שינוי הזרם של דיודת גוף di/dt משקף את מאפייני ההתאוששות ההפוכה של דיודת גוף MOSFET. מכיוון שהדיודה היא התקן דו-קוטבי, היא מושפעת מאגירת מטען. כאשר הדיודה מוטה לאחור, יש לנקות את המטען המאוחסן בצומת PN. הפרמטרים הנ"ל משקפים מאפיין זה. Vg, מתח ההנעה המקסימלי של השער והמקור, שהוא גם פרמטר גבול של MOSFET, מציין את מתח ההנעה המקסימלי ש-MOSFET יכול לשאת. ברגע שמתח ההנעה עולה על גבול זה, הדבר יגרום נזק קבוע לשכבת תחמוצת השער אפילו תוך זמן קצר מאוד. באופן כללי, כל עוד מתח ההנעה לא חורג מהמגבלה, לא תהיה בעיה. עם זאת, בכמה מקרים מיוחדים, בגלל קיומם של פרמטרים טפיליים, תהיה לכך השפעה בלתי צפויה על מתח ה-Vgs, הדורש תשומת לב מיוחדת. SOA, אזור עבודה בטוח, כל MOSFET ייתן את אזור העבודה הבטוח שלו. טרנזיסטורים דו-קוטביים שונים ו-MOSFETs להספק לא יציגו פירוק משני, כך שאזור העבודה הבטוח מוגדר פשוט מההספק המתפזר כאשר טמפרטורת הצומת מגיעה לערך המרבי המותר.           
          עקרון הבחירה של MOSFET הספק          בהתחשב בחשיבותם של פרמטרי MOSFET, כיצד לבחור את המוצרים העונים על צרכיך בהתאם למדריך המוצר של היצרן? ישנם ארבעה שלבים לבחירת ה-MOSFET הנכון.1) בחירת ערוץ. הצעד הראשון בבחירת ההתקן המתאים לתכנון הוא להחליט האם להשתמש ב-MOSFET בעל ערוץ N או ערוץ P. ביישומי הספק אופייניים, כאשר MOSFET מחובר להארקה והעומס מחובר למתח החשמל, ה-MOSFET מהווה מתג צדדי במתח נמוך. במתג הצדדי במתח נמוך, יש להשתמש ב-MOSFET בעל ערוץ N עקב שיקול המתח הנדרש לכיבוי או הדלקה של המכשיר. כאשר ה-MOSFET מחובר לאפיק והעומס מחובר להארקה, נעשה שימוש במתג הצדדי של המתח הגבוה. רכיב MOSFET בערוץ P משמש בדרך כלל בטופולוגיה זו, וזאת גם בשל שיקולי הנעת מתח. 2) בחירת מתח וזרם ככל שהמתח המדורג גבוה יותר, כך עלות המכשיר גבוהה יותר. על פי ניסיון מעשי, המתח הנקוב צריך להיות גדול ממתח הרשת או מתח האוטובוס. רק בדרך זו ניתן לספק הגנה מספקת כדי שה-MOSFET לא ייכשל. בכל הנוגע לבחירת MOSFET, יש צורך לקבוע את המתח המקסימלי בין הניקוז למקור, כלומר, את המתח המתח המינימלי (VDS). גורמי בטיחות נוספים שמהנדסי תכנון צריכים לקחת בחשבון כוללים שינויי מתח המושרים על ידי החלפת התקנים אלקטרוניים, כגון מנועים או שנאים. המתח המדורג של יישומים שונים גם הוא שונה; בדרך כלל, המכשיר הנייד הוא 20V, ספק הכוח של ה-FPGA הוא 20~30V, ויישום 85~220VAC הוא 450~600V V. במצב הולכה רציפה, ה-MOSFET נמצא במצב יציב, והזרם עובר ברציפות דרך המכשיר. דופק דופק מתייחס לכמות גדולה של נחשול (או זרם ספייק) שזורם דרך המכשיר. לאחר קביעת הזרם המקסימלי בתנאים אלה, יש רק צורך לבחור ישירות את המכשיר שיכול לעמוד בזרם המרבי הזה. ?3) חישוב אובדן הולכה. ניתן לחשב את אובדן ההספק של התקני MOSFET באמצעות Iload2×. לפי חישוב RDS(ON), מכיוון שהתנגדות ההפעלה משתנה עם הטמפרטורה, גם צריכת החשמל תשתנה באופן פרופורציונלי. לעיצוב נייד קל יותר (נפוץ יותר) להשתמש במתח נמוך יותר, בעוד שבעיצוב תעשייתי ניתן להשתמש במתח גבוה יותר. שימו לב שהתנגדות ה-RDS(ON) תעלה מעט עם הזרם. ניתן למצוא שינויים בפרמטרים חשמליים שונים של התנגדות RDS(ON) בגיליון הנתונים הטכניים שסופק על ידי היצרן. 4) פיזור החום של מערכת המחשוב מחייב את המתכנן לשקול שני מצבים שונים, כלומר, המקרה הגרוע והמצב האמיתי. מומלץ לאמץ את תוצאת החישוב למקרה הגרוע ביותר, מכיוון שתוצאה זו מספקת מרווח בטיחות גדול יותר ויכולה להבטיח שהמערכת לא תיכשל. ישנם כמה נתוני מדידה הדורשים תשומת לב בגיליון הנתונים של ה-MOSFET; כגון ההתנגדות התרמית בין צומת המוליכים למחצה של המכשיר הארוז לבין הסביבה, וטמפרטורת הצומת המקסימלית. למעשה, אובדן מיתוג הוא גם מדד חשוב מאוד. מוצר זרם מתח מיידי הוא די גדול, מה שקובע את ביצועי המיתוג של המכשיר במידה מסוימת. עם זאת, אם המערכת דורשת ביצועי מיתוג גבוהים, ניתן לבחור ב-MOSFET הספק עם מטען שער נמוך QG.

כתב ויתור: מאמר זה משוכפל מתוך "הערות של מהנדסי אלקטרוניקה". מאמר זה מייצג רק את דעותיו האישיות של המחבר, ואינו מייצג את דעותיהם של Sacco Micro והתעשייה. זה מיועד רק להדפסה מחדש ולשיתוף כדי לתמוך בהגנה על זכויות קניין רוחני. אנא ציינו את המקור והמחבר המקורי בעת ההדפסה מחדש. אם יש הפרה כלשהי, אנא צור איתנו קשר כדי למחוק אותה.

טל' חברה: +86-0755-83044319
פקס/פקס:+86-0755-83975897
דוא"ל: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 מנהל לי
QQ: 332496225 מנהל Qiu
כתובת: חדר 809, בלוק C, בניין Zhantao Technology, מס' 1079 Minzhi Avenue, Longhua New District, שנזן