Что такое MOSFET?  

   
        Первоначальное значение MOSFET такое: MOS(Metal Oxide Semiconductor), FET(Field Effect Transistor), то есть полевой транзистор, управляющий полупроводником (S) за счет воздействия электрического поля с затвором металлического слоя (M). ) через оксидный слой (О).Структура силового МОП-транзистора

Внутренняя структура и электрическое обозначение силового МОП-транзистора показаны на рисунке. Его можно разделить на тип NPN и тип PNP. Тип NPN обычно называют n-канальным типом, а тип PNP обычно называют p-канальным типом. Как видно из рис. 1, исток и сток полевого транзистора с N-каналом подключены к полупроводнику N-типа, а исток и сток полевого транзистора с каналом P подключены к полупроводнику P-типа. Мы знаем, что обычный триод управляет выходным током с помощью входного тока. Однако выходной ток полевого транзистора контролируется входным напряжением (или напряжением возбуждения). Можно считать, что входной ток очень мал или входной ток отсутствует, что обуславливает высокое входное сопротивление устройства, поэтому мы называем его FET.

       Принцип работы силового МОП-транзистора
   
       Отключение: положительный источник питания подается между стоком и истоком, а напряжение между затвором и истоком равно нулю. PN-переход J1, образованный между областью P-базы и областью N-дрейфа, перевернут, и ток между стоком и истоком не течет.

Проводимость: между затвором и истоком прикладывается положительное напряжение UGS. Затвор изолирован, поэтому ток затвора не протекает. Однако положительное напряжение затвора оттолкнет дырки в области P под ним и привлечет неосновные носители и электроны в области P к поверхности области P под затвором.Когда UGS больше UT (напряжение включения или пороговое напряжение), концентрация электронов на поверхности P-области под затвором превысит концентрацию дырок, что превратит полупроводник P-типа в N-тип и станет инверсионный слой. Инверсионный слой сформирует N-канал, в результате чего PN-переход J1 исчезнет, ​​а сток и исток станут проводящими.Основные характеристики силового МОП-транзистора
   
          Статические характеристики:        

Его передаточные характеристики и выходные характеристики показаны на рисунке 2.

 
 

Зависимость между током стока ID и напряжением затвор-исток UGS называется передаточной характеристикой МОП-транзистора. Когда ID велик, связь между ID и UGS примерно линейна, а наклон кривой определяется как крутизна Gfs.

ВА характеристики (выходные характеристики) стока МОП-транзистора: область отсечки (соответствует области отсечки ГТР); Область насыщения (соответствующая области усиления ГТР); Ненасыщенная область (соответствует насыщенной области ОТО). Силовой МОП-транзистор работает в режиме переключения, то есть он переключается между областью отсечки и ненасыщенной областью. Между стоком и истоком силового МОП-транзистора имеется паразитный диод, и устройство включается, когда между стоком и истоком подается обратное напряжение. Сопротивление силового МОП-транзистора в открытом состоянии имеет положительный температурный коэффициент, что способствует распределению тока при параллельном подключении устройств.
            Динамические характеристики:

Тестовая схема и формы сигналов процесса переключения показаны на рисунке 3.

 

Td(on) время задержки включения — время задержки включения — это время от момента, когда напряжение затвор-исток возрастает до 10 % от напряжения управления затвором, до момента, когда ток утечки возрастает до 10 % от заданного тока.Tr Rise Time-Rise Time — это время, необходимое для повышения тока стока с 10% до 90%. Установившееся значение iD определяется напряжением питания стока UE и сопротивлением нагрузки стока. Размер UGSP связан с установившимся значением iD. После того как ПХГ достигает УГСП, оно продолжает подниматься под действием до тех пор, пока не достигнет установившегося состояния, но iD не изменился. ??Время открытия тонна — сумма времени задержки открытия и времени нарастания.Td(off) время задержки выключения — время задержки выключения — это время от момента, когда напряжение затвор-исток падает до 90 % от напряжения управления затвором, до момента, когда ток утечки падает до 90 % от заданного тока. Это показывает задержку перед передачей тока на нагрузку.Tf Fall Time – Время спада – это время, необходимое для падения тока стока с 90% до 10%.Время выключения toff – сумма времени задержки выключения и времени спада.
          Поймите несколько общих параметров MOSFET.                
VDS, то есть напряжение сток-исток, является ограничивающим параметром MOSFET, который указывает максимальное напряжение между стоком и истоком MOSFET. Следует отметить, что этот параметр связан с температурой перехода. Обычно, чем выше температура перехода, тем максимальное значение. RDS(on), сопротивление стока и истока в открытом состоянии, которое указывает на сопротивление открытого состояния между стоком и истоком, когда MOSFET включен при определенных условиях. Этот параметр связан с температурой перехода МОП-транзистора и напряжением управления Vgs. В определенном диапазоне, чем выше температура перехода, тем больше Rds; Чем выше напряжение возбуждения, тем меньше Rds. Q, заряд затвора, — это заряд заряда, необходимый для повышения напряжения затвора от 0 В до напряжения завершения (например, 15 В) под действием управляющего сигнала. То есть заряд, который должен обеспечить полевой МОП-транзистор от выключенного состояния до полностью включенного состояния, является основным параметром, используемым для оценки управляющих возможностей схемы управления полевым МОП-транзистором. Id, ток стока и ток стока обычно описываются несколькими разными способами. По форме рабочего тока различают непрерывный ток стока и импульсный ток стока с определенной длительностью импульса. Этот параметр также является предельным параметром MOSFET, но это максимальное значение тока не означает, что ток стока может достичь этого значения во время работы. Это означает, что когда температура корпуса достигает определенного значения, если рабочий ток МОП-транзистора равен вышеупомянутому максимальному току стока, температура перехода достигнет максимального значения. Таким образом, этот параметр также связан с комплектацией устройства и температурой окружающей среды. Eoss, выходная энергия мощности, указывает энергию, запасенную в MOSFET выходным конденсатором Coss. Поскольку выходная емкость Cos MOSFET имеет явные нелинейные характеристики, она изменяется с изменением напряжения Vds. Следовательно, если в таблице данных указан этот параметр, очень полезно оценить потери переключения MOSFET. Не во всех руководствах по МОП-транзисторам указан этот параметр, фактически в большинстве таблиц его нет. Скорость изменения тока корпусного диода di/dt отражает характеристики обратного восстановления корпусного диода MOSFET. Поскольку диод является биполярным устройством, на него влияет накопление заряда. Когда диод смещен в обратном направлении, заряд, накопленный в PN-переходе, должен быть очищен. Вышеуказанные параметры отражают эту характеристику. Vg, максимальное напряжение управления затвором и истоком, которое также является предельным параметром MOSFET, указывает максимальное напряжение управления, которое может выдержать MOSFET. Как только напряжение возбуждения превысит этот предел, это приведет к необратимому повреждению оксидного слоя затвора даже за очень короткое время. Вообще говоря, пока напряжение возбуждения не превышает предел, проблем не будет. Однако в некоторых особых случаях из-за существования паразитных параметров это может неожиданно повлиять на напряжение Vgs, что требует особого внимания. SOA, безопасная рабочая зона, каждый МОП-транзистор имеет свою безопасную рабочую зону. Различные биполярные транзисторы и силовые МОП-транзисторы не подвержены вторичному пробою, поэтому безопасная рабочая зона просто определяется по рассеиваемой мощности, когда температура перехода достигает максимально допустимого значения.           
          принцип выбора мощного МОП-транзистора          Зная значение параметров MOSFET, как выбрать продукцию, отвечающую вашим потребностям, в соответствии с руководством производителя? Чтобы выбрать правильный МОП-транзистор, необходимо выполнить четыре шага.1) Выбор канала. Первым шагом в выборе подходящего устройства для вашей конструкции является решение о том, какой МОП-транзистор использовать: N- или P-канальный. В типичных силовых приложениях, когда МОП-транзистор заземлен, а нагрузка подключена к сети, он выполняет функцию низковольтного ключа. В низковольтном переключателе следует использовать N-канальный МОП-транзистор, учитывая напряжение, необходимое для выключения или включения устройства. Когда МОП-транзистор подключен к шине и нагрузка заземлена, используется переключатель на стороне высокого напряжения. В этой топологии обычно используется P-канальный МОП-транзистор, что также связано с учетом управления напряжением. 2) Выбор напряжения и тока Чем выше номинальное напряжение, тем выше стоимость устройства. Согласно практическому опыту, номинальное напряжение должно быть больше напряжения сети или напряжения шины. Только таким образом можно обеспечить достаточную защиту, чтобы МОП-транзистор не вышел из строя. Что касается выбора МОП-транзистора, необходимо определить максимальное напряжение между стоком и истоком, то есть максимальное VDS. Другие факторы безопасности, которые должны учитывать инженеры-проектировщики, включают переходные напряжения, вызванные переключением электронных устройств, таких как двигатели или трансформаторы. Номинальное напряжение различных приложений также различно; Обычно портативное устройство имеет напряжение 20 В, источник питания FPGA — 20–30 В, а напряжение 85–220 В переменного тока — 450–600 В. В режиме непрерывной проводимости МОП-транзистор находится в устойчивом состоянии, и ток постоянно проходит через устройство. Всплеск импульса означает большой импульс (или всплеск тока), протекающий через устройство. После того как максимальный ток в этих условиях определен, остается только непосредственно выбрать устройство, способное выдержать этот максимальный ток. ?3) Расчет потерь проводимости. Потери мощности устройств MOSFET можно рассчитать по формуле Iload2×. Согласно расчету RDS(ON), поскольку сопротивление включения изменяется в зависимости от температуры, потребляемая мощность также будет меняться пропорционально. Для портативной конструкции проще (чаще) использовать более низкое напряжение, а для промышленной конструкции можно использовать более высокое напряжение. Обратите внимание, что сопротивление RDS(ON) будет немного увеличиваться с увеличением тока. Изменения различных электрических параметров сопротивления RDS(ON) можно найти в техническом паспорте, предоставляемом производителем. 4) Тепловыделение вычислительной системы требует от проектировщика рассмотрения двух различных ситуаций, а именно: наихудшего случая и реальной ситуации. Рекомендуется принять результат расчета для наихудшего случая, поскольку этот результат обеспечивает больший запас прочности и может гарантировать, что система не выйдет из строя. В таблице данных MOSFET есть некоторые данные измерений, которые требуют внимания; Например, термическое сопротивление между полупроводниковым переходом корпусного устройства и окружающей средой, а также максимальная температура перехода. Фактически, потери при переключении также являются очень важным показателем. Мгновенное произведение напряжение-ток довольно велико, что в некоторой степени определяет коммутационную способность устройства. Однако, если система требует высокой производительности переключения, можно выбрать силовой МОП-транзистор с низким зарядом затвора QG.

Отказ от ответственности: Эта статья воспроизведена из «Записок инженеров-электронщиков». Эта статья отражает только личную точку зрения автора и не отражает точку зрения Sacco Micro и отрасли. Он предназначен только для перепечатки и распространения в целях защиты прав интеллектуальной собственности. При перепечатке просьба указывать первоисточник и автора. Если есть какие-либо нарушения, пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы удалить их.

Тел. компании: +86-0755-83044319
Факс/факс:+86-0755-83975897
Почта: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Менеджер Ли
QQ: 332496225 Менеджер Цю
Адрес: комната 809, блок C, здание Zhantao Technology Building, проспект Минчжи № 1079, новый район Лунхуа, Шэньчжэнь.