O que é MOSFET?  

   
        O significado original de MOSFET é: MOS(Metal Oxide Semiconductor), FET(Field Effect Transistor), ou seja, o transistor de efeito de campo que controla o semicondutor (S) pelo efeito do campo elétrico com a porta da camada metálica (M ) através da camada de óxido (O).Estrutura de potência MOSFET

A estrutura interna e o símbolo elétrico do MOSFET de potência são mostrados na figura. Pode ser dividido em tipo NPN e tipo PNP. O tipo NPN é geralmente chamado de tipo de canal n, e o tipo PNP é geralmente chamado de tipo de canal p. Como pode ser visto a partir da fig. 1, a fonte e o dreno do FET do canal N são conectados ao semicondutor do tipo N, e a fonte e o dreno do FET do canal P são conectados ao semicondutor do tipo P. Sabemos que o triodo geral controla a corrente de saída pela corrente de entrada. Porém, para FET, sua corrente de saída é controlada pela tensão de entrada (ou tensão de campo). Pode-se considerar que a corrente de entrada é muito pequena ou não há corrente de entrada, o que faz com que o dispositivo tenha uma impedância de entrada alta, por isso o chamamos de FET.

       Princípio de funcionamento do MOSFET de potência
   
       Corte: a fonte de alimentação positiva é aplicada entre o dreno e a fonte, e a tensão entre a porta e a fonte é zero. A junção PN J1 formada entre a região da base P e a região de desvio N é invertida e nenhuma corrente flui entre o dreno e a fonte.

Condutividade: Uma tensão positiva UGS é aplicada entre a porta e a fonte. A porta está isolada, portanto nenhuma corrente fluirá. No entanto, a tensão positiva da porta afastará os buracos na região P abaixo dela e atrairá portadores minoritários e elétrons na região P para a superfície da região P abaixo da porta.Quando UGS é maior que UT (tensão de ativação ou tensão limite), a concentração de elétrons na superfície da região P sob a porta excederá a concentração de buracos, o que inverterá o semicondutor do tipo P em tipo N e se tornará uma camada de inversão. A camada de inversão formará um canal N para fazer desaparecer a junção PN J1, e o dreno e a fonte serão condutores.Características básicas do MOSFET de potência
   
          Características estáticas:        

Suas características de transferência e características de saída são mostradas na Figura 2.

 
 

A relação entre a corrente de dreno ID e a tensão porta-fonte UGS é chamada de característica de transferência do MOSFET. Quando ID é grande, a relação entre ID e UGS é aproximadamente linear, e a inclinação da curva é definida como transcondutância Gfs.

Características VA (características de saída) do dreno do MOSFET: região de corte (correspondente à região de corte do GTR); Região de saturação (correspondente à região de amplificação do GTR); Região insaturada (correspondente à região saturada do GTR). O MOSFET de potência funciona no estado de comutação, ou seja, alterna entre a região de corte e a região não saturada. Existe um diodo parasita entre o dreno e a fonte de energia MOSFET, e o dispositivo liga quando uma tensão reversa é aplicada entre o dreno e a fonte. A resistência do estado ligado do MOSFET de potência possui um coeficiente de temperatura positivo, o que é benéfico para o compartilhamento de corrente quando os dispositivos estão conectados em paralelo.
            Características dinâmicas:

O circuito de teste e as formas de onda do processo de comutação são mostrados na Figura 3.

 

Td(on) tempo de atraso de ativação-tempo de atraso de ativação é o tempo desde o momento em que a tensão da fonte da porta aumenta para 10% da tensão de acionamento da porta até quando a corrente de fuga aumenta para 10% da corrente especificada.Tr Rise Time-Rise time é o tempo que leva para a corrente de drenagem subir de 10% para 90%. O valor de estado estacionário de iD é determinado pela tensão UE da fonte de alimentação do dreno e pela resistência da carga do dreno. O tamanho do UGSP está relacionado ao valor de estado estacionário do iD. Depois que o UGS atinge o UGSP, ele continua a subir sob a ação de up até atingir o estado estacionário, mas o iD não mudou. ??Tempo de abertura ton-a soma do tempo de atraso de abertura e do tempo de subida.Td (off) tempo de atraso de desligamento - tempo de atraso de desligamento é o tempo desde quando a tensão da fonte da porta cai para 90% da tensão de acionamento da porta até quando a corrente de fuga cai para 90% da corrente especificada. Isso mostra o atraso antes que a corrente seja transmitida à carga.Tf Fall Time - O tempo de queda é o tempo que leva para a corrente de drenagem cair de 90% para 10%.Tempo de desligamento - a soma do tempo de atraso de desligamento e do tempo de queda.
          Compreenda vários parâmetros comuns do MOSFET                
VDS, ou seja, a tensão dreno-fonte, é um parâmetro limitante do MOSFET, que indica a tensão máxima entre o dreno e a fonte do MOSFET. Deve-se observar que este parâmetro está relacionado à temperatura da junção. Normalmente, quanto maior a temperatura da junção, maior o valor. RDS(on), resistência ligada do dreno e da fonte, que indica a resistência ligada entre o dreno e a fonte quando o MOSFET é ligado sob certas condições. Este parâmetro está relacionado à temperatura da junção MOSFET e à tensão de acionamento Vgs. Dentro de uma determinada faixa, quanto maior a temperatura da junção, maior será o Rds; Quanto maior a tensão de acionamento, menores serão os Rds. Q, carga da porta, é a carga de carga necessária para que a tensão da porta suba de 0V até a tensão de terminação (como 15V) sob a ação do sinal de acionamento. Ou seja, a carga que o MOSFET precisa fornecer do estado desligado para o estado totalmente ligado é um parâmetro principal usado para avaliar a capacidade de acionamento do circuito de acionamento do MOSFET. Id, corrente de dreno e corrente de dreno são geralmente descritas de várias maneiras diferentes. De acordo com a forma da corrente de trabalho, existem correntes de drenagem contínua e correntes de drenagem pulsadas com uma determinada largura de pulso. Este parâmetro também é um parâmetro limite do MOSFET, mas este valor máximo de corrente não significa que a corrente de dreno possa atingir este valor durante a operação. Isso significa que quando a temperatura do invólucro estiver em um determinado valor, se a corrente de trabalho do MOSFET for a corrente de dreno máxima mencionada acima, a temperatura da junção atingirá o valor máximo. Portanto, este parâmetro também está relacionado ao pacote do dispositivo e à temperatura ambiente. Eoss, energia de capacidade de saída, indica a energia armazenada no MOSFET pelo capacitor de saída Coss. Como a capacitância de saída Coss do MOSFET tem características não lineares óbvias, ela muda com a mudança da tensão Vds. Portanto, se a folha de dados fornecer este parâmetro, é muito útil avaliar a perda de comutação do MOSFET. Nem todos os manuais do MOSFET fornecem esse parâmetro; na verdade, a maioria das folhas de dados não o faz. A taxa de mudança atual do diodo corporal di/dt reflete as características de recuperação reversa do diodo corporal MOSFET. Como o diodo é um dispositivo bipolar, ele é afetado pelo armazenamento de carga. Quando o diodo é polarizado reversamente, a carga armazenada na junção PN deve ser eliminada. Os parâmetros acima refletem esta característica. Vg, a tensão máxima de acionamento da porta e da fonte, que também é um parâmetro limite do MOSFET, indica a tensão máxima de acionamento que o MOSFET pode suportar. Uma vez que a tensão de acionamento exceda esse limite, causará danos permanentes à camada de óxido da porta, mesmo em um tempo muito curto. De modo geral, desde que a tensão de acionamento não ultrapasse o limite, não haverá problema. Porém, em algumas ocasiões especiais, devido à existência de parâmetros parasitas, terá um impacto inesperado na tensão Vgs, o que necessita de atenção especial. SOA, área de trabalho segura, cada MOSFET fornecerá sua área de trabalho segura. Diferentes transistores bipolares e MOSFETs de potência não apresentarão quebra secundária, portanto a área de trabalho segura é simplesmente definida a partir da potência dissipada quando a temperatura da junção atinge o valor máximo permitido.           
          princípio de seleção do MOSFET de potência          Conhecendo a importância dos parâmetros MOSFET, como escolher os produtos que atendem às suas necessidades de acordo com o manual do produto do fabricante? Existem quatro etapas para escolher o MOSFET correto.1) Seleção de canal: O primeiro passo na escolha do dispositivo certo para o projeto é decidir se usará um MOSFET de canal N ou de canal P. Em aplicações de energia típicas, quando um MOSFET é aterrado e a carga é conectada à tensão da rede elétrica, o MOSFET constitui um interruptor de baixa tensão. No interruptor lateral de baixa tensão, o MOSFET de canal N deve ser usado devido à consideração da tensão necessária para desligar ou ligar o dispositivo. Quando o MOSFET está conectado ao barramento e a carga está aterrada, a chave lateral de alta tensão é usada. O MOSFET de canal P é normalmente usado nesta topologia, o que também se deve à consideração do acionamento de tensão. 2) seleção de tensão e corrente Quanto maior a tensão nominal, maior o custo do dispositivo. De acordo com a experiência prática, a tensão nominal deve ser maior que a tensão da rede ou do barramento. Somente desta forma poderá ser fornecida proteção suficiente para que o MOSFET não falhe. No que diz respeito à seleção do MOSFET, é necessário determinar a tensão máxima entre o dreno e a fonte, ou seja, o VDS máximo. Outros fatores de segurança que os engenheiros de projeto precisam considerar incluem transientes de tensão induzidos pela comutação de dispositivos eletrônicos, como motores ou transformadores. A tensão nominal de diferentes aplicações também é diferente; Normalmente, o dispositivo portátil é de 20 V, a fonte de alimentação FPGA é de 20 ~ 30 V e a aplicação de 85 ~ 220 VCA é de 450 ~ 600 V V. No modo de condução contínua, o MOSFET está em estado estacionário e a corrente passa continuamente pelo dispositivo. O pico de pulso refere-se a uma grande quantidade de surto (ou pico de corrente) fluindo através do dispositivo. Uma vez determinada a corrente máxima nestas condições, basta selecionar diretamente o dispositivo que pode suportar esta corrente máxima. ?3) Cálculo da perda de condução A perda de potência dos dispositivos MOSFET pode ser calculada por Iload2× De acordo com o cálculo RDS(ON), como a resistência ligada muda com a temperatura, o consumo de energia também mudará proporcionalmente. Para projetos portáteis, é mais fácil (mais comum) usar uma tensão mais baixa, enquanto para projetos industriais, uma tensão mais alta pode ser usada. Observe que a resistência RDS(ON) aumentará ligeiramente com a corrente. Alterações de diversos parâmetros elétricos de resistência RDS(ON) podem ser encontradas na ficha técnica fornecida pelo fabricante. 4) A dissipação de calor do sistema computacional exige que o projetista considere duas situações diferentes, a saber, o pior caso e a situação real. Recomenda-se adotar o resultado do cálculo para o pior caso, pois este resultado proporciona uma margem de segurança maior e pode garantir que o sistema não falhará. Existem alguns dados de medição que precisam de atenção na folha de dados do MOSFET; Como a resistência térmica entre a junção semicondutora do dispositivo embalado e o ambiente, e a temperatura máxima da junção. Na verdade, a perda de comutação também é um índice muito importante. O produto tensão-corrente instantânea é bastante grande, o que determina até certo ponto o desempenho de comutação do dispositivo. No entanto, se o sistema exigir alto desempenho de comutação, o MOSFET de potência com baixa carga de porta QG poderá ser selecionado.

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