MOSFET là gì?  

   
        Ý nghĩa ban đầu của MOSFET là: MOS(Chất bán dẫn oxit kim loại), FET(Transistor hiệu ứng trường), tức là tranzito hiệu ứng trường điều khiển chất bán dẫn (S) bằng tác dụng của điện trường với cổng của lớp kim loại (M). ) qua lớp oxit (O).Cấu trúc MOSFET công suất

Cấu trúc bên trong và ký hiệu điện của MOSFET công suất được thể hiện trên hình. Nó có thể được chia thành loại NPN và loại PNP. Loại NPN thường được gọi là loại kênh n và loại PNP thường được gọi là loại kênh p. Như có thể thấy từ hình. 1, nguồn và cống của FET kênh N được kết nối với chất bán dẫn loại N, còn nguồn và cống của FET kênh P được kết nối với chất bán dẫn loại P. Chúng ta biết rằng triode chung điều khiển dòng điện đầu ra bằng dòng điện đầu vào. Tuy nhiên, đối với FET, dòng điện đầu ra của nó được điều khiển bởi điện áp đầu vào (hoặc điện áp trường). Có thể coi dòng điện đầu vào rất nhỏ hoặc không có dòng điện đầu vào khiến thiết bị có trở kháng đầu vào cao và đây là lý do tại sao chúng ta gọi nó là FET.

       Nguyên lý hoạt động của MOSFET điện
   
       Cắt: nguồn điện dương được áp dụng giữa cống và nguồn, và điện áp giữa cổng và nguồn bằng không. Điểm nối PN J1 hình thành giữa vùng gốc P và vùng N-drift bị đảo ngược và không có dòng điện chạy giữa cực máng và nguồn.

Độ dẫn điện: Một UGS điện áp dương được đặt giữa cổng và nguồn. Cổng được cách điện nên không có dòng điện chạy qua cổng. Tuy nhiên, điện áp dương của cổng sẽ đẩy các lỗ trống trong vùng P bên dưới nó và thu hút thiểu số hạt tải điện và electron trong vùng P lên bề mặt của vùng P bên dưới cổng.Khi UGS lớn hơn UT (điện áp bật hoặc điện áp ngưỡng), nồng độ electron trên bề mặt vùng P dưới cổng sẽ vượt quá nồng độ lỗ trống sẽ đảo ngược chất bán dẫn loại P thành loại N và trở thành một lớp đảo ngược. Lớp đảo ngược sẽ tạo thành kênh N làm cho điểm nối PN J1 biến mất, cống và nguồn sẽ dẫn điện.Đặc tính cơ bản của MOSFET công suất
   
          Đặc tính tĩnh:        

Đặc tính truyền và đặc tính đầu ra của nó được thể hiện trong Hình 2.

 
 

Mối quan hệ giữa dòng xả ID và điện áp nguồn cổng UGS được gọi là đặc tính truyền của MOSFET. Khi ID lớn, mối quan hệ giữa ID và UGS gần như tuyến tính và độ dốc của đường cong được xác định là độ dẫn điện Gfs.

Đặc tính VA (đặc tính đầu ra) của cực máng MOSFET: vùng cắt (tương ứng với vùng cắt của GTR); Vùng bão hòa (tương ứng với vùng khuếch đại của GTR); Vùng chưa bão hòa (tương ứng với vùng bão hòa của GTR). MOSFET nguồn hoạt động ở trạng thái chuyển mạch, nghĩa là nó chuyển đổi qua lại giữa vùng cắt và vùng chưa bão hòa. Có một diode ký sinh giữa cống và nguồn MOSFET điện, và thiết bị sẽ bật khi đặt điện áp ngược giữa cống và nguồn. Điện trở ở trạng thái bật của MOSFET nguồn có hệ số nhiệt độ dương, có lợi cho việc chia sẻ dòng điện khi các thiết bị được kết nối song song.
            Đặc tính động:

Mạch thử nghiệm và dạng sóng của quá trình chuyển mạch được thể hiện trên Hình 3.

 

Thời gian trễ bật Td(on) là thời gian từ khi điện áp nguồn cổng tăng lên 10% điện áp dẫn động cổng cho đến khi dòng rò tăng lên 10% dòng điện chỉ định.Tr Thời gian tăng Thời gian tăng là thời gian cần thiết để dòng xả tăng từ 10% lên 90%. Giá trị trạng thái ổn định của iD được xác định bởi điện áp nguồn cấp thoát UE và điện trở tải thoát. Kích thước của UGSP liên quan đến giá trị trạng thái ổn định của iD. Sau khi UGS đạt UGSP, nó tiếp tục tăng dưới tác động của up cho đến khi đạt trạng thái ổn định, nhưng iD không thay đổi. ??Thời gian mở tấn - tổng thời gian trễ mở và thời gian tăng.Thời gian trễ tắt Td(off) thời gian trễ tắt là thời gian từ khi điện áp nguồn cổng giảm xuống 90% điện áp dẫn động cổng cho đến khi dòng rò giảm xuống 90% dòng điện chỉ định. Điều này cho thấy độ trễ trước khi dòng điện được truyền tới tải.Tf Thời gian rơi-Thời gian rơi là thời gian để dòng xả giảm từ 90% xuống 10%.Thời gian tắt tắt - tổng thời gian trễ tắt và thời gian giảm.
          Tìm hiểu một số thông số chung của MOSFET                
VDS, tức là điện áp nguồn xả, là một tham số giới hạn của MOSFET, cho biết điện áp tối đa giữa nguồn xả và nguồn MOSFET. Cần lưu ý rằng thông số này có liên quan đến nhiệt độ đường giao nhau. Thông thường, nhiệt độ đường giao nhau càng cao thì giá trị tối đa. RDS(bật), điện trở của cống và nguồn, biểu thị điện trở giữa cống và nguồn khi MOSFET được bật trong một số điều kiện nhất định. Thông số này liên quan đến nhiệt độ tiếp giáp MOSFET và điện áp điều khiển VSS. Trong một phạm vi nhất định, nhiệt độ đường giao nhau càng cao thì Rds càng lớn; Điện áp lái xe càng cao thì Rds càng nhỏ. Q, điện tích cổng, là điện tích cần thiết để điện áp cổng tăng từ 0V lên điện áp cuối (chẳng hạn như 15V) dưới tác động của tín hiệu điều khiển. Nghĩa là, điện tích mà MOSFET cần cung cấp từ trạng thái tắt sang trạng thái bật hoàn toàn là thông số chính được sử dụng để đánh giá khả năng điều khiển của mạch điều khiển MOSFET. Id, dòng xả và dòng xả thường được mô tả theo nhiều cách khác nhau. Theo dạng dòng điện làm việc có dòng xả liên tục và dòng xả xung có độ rộng xung nhất định. Thông số này cũng là thông số giới hạn của MOSFET, tuy nhiên giá trị dòng điện tối đa này không có nghĩa là dòng xả có thể đạt đến giá trị này trong quá trình hoạt động. Có nghĩa là khi nhiệt độ vỏ ở một giá trị nhất định, nếu dòng điện làm việc MOSFET là dòng xả tối đa nêu trên thì nhiệt độ điểm nối sẽ đạt giá trị tối đa. Vì vậy thông số này cũng liên quan đến gói thiết bị và nhiệt độ môi trường. Eoss, năng lượng công suất đầu ra, biểu thị năng lượng được lưu trữ trong MOSFET bởi tụ điện đầu ra Coss. Do điện dung đầu ra Coss của MOSFET có đặc tính phi tuyến rõ ràng nên nó thay đổi khi điện áp Vds thay đổi. Do đó, nếu bảng dữ liệu cung cấp tham số này, việc đánh giá tổn thất chuyển mạch của MOSFET sẽ rất hữu ích. Không phải tất cả các hướng dẫn sử dụng MOSFET đều cung cấp thông số này, trên thực tế, hầu hết các bảng dữ liệu đều không cung cấp. Tốc độ thay đổi hiện tại của diode cơ thể Di/dt phản ánh đặc tính phục hồi ngược của diode cơ thể MOSFET. Vì diode là một thiết bị lưỡng cực nên nó bị ảnh hưởng bởi việc tích trữ điện tích. Khi diode bị phân cực ngược, điện tích được lưu trữ trong tiếp giáp PN phải được xóa. Các thông số trên phản ánh đặc điểm này. Vg, điện áp điều khiển tối đa của cổng và nguồn, cũng là thông số giới hạn của MOSFET, cho biết điện áp điều khiển tối đa mà MOSFET có thể chịu được. Khi điện áp truyền động vượt quá giới hạn này, nó sẽ gây hư hỏng vĩnh viễn cho lớp oxit cổng ngay cả trong thời gian rất ngắn. Nói chung, miễn là điện áp lái xe không vượt quá giới hạn thì sẽ không có vấn đề gì. Tuy nhiên, trong một số trường hợp đặc biệt, do tồn tại các tham số ký sinh nên sẽ có tác động không mong muốn đến điện áp VSS, cần đặc biệt chú ý. SOA, vùng làm việc an toàn, mỗi MOSFET sẽ cho vùng làm việc an toàn của nó. Các bóng bán dẫn lưỡng cực và MOSFET công suất khác nhau sẽ không hiển thị sự cố thứ cấp, do đó vùng làm việc an toàn được xác định đơn giản từ công suất tiêu tán khi nhiệt độ điểm nối đạt đến giá trị tối đa cho phép.           
          nguyên lý lựa chọn MOSFET công suất          Biết được tầm quan trọng của thông số MOSFET, làm thế nào để lựa chọn được sản phẩm phù hợp với nhu cầu của mình theo đúng hướng dẫn sử dụng sản phẩm của nhà sản xuất? Có bốn bước để chọn MOSFET chính xác.1) Lựa chọn kênh. Bước đầu tiên trong việc lựa chọn thiết bị phù hợp cho thiết kế là quyết định sử dụng MOSFET kênh N hay kênh P. Trong các ứng dụng điện thông thường, khi MOSFET được nối đất và tải được kết nối với điện áp lưới, MOSFET sẽ đóng vai trò là một công tắc bên điện áp thấp. Trong công tắc phía điện áp thấp, nên sử dụng MOSFET kênh N vì cần xem xét điện áp cần thiết để tắt hoặc bật thiết bị. Khi MOSFET được kết nối với bus và tải được nối đất, công tắc phía điện áp cao sẽ được sử dụng. MOSFET kênh P thường được sử dụng trong cấu trúc liên kết này, điều này cũng là do việc xem xét điều khiển điện áp. 2) Lựa chọn điện áp và dòng điện Điện áp định mức càng cao thì giá thành của thiết bị càng cao. Theo kinh nghiệm thực tế, điện áp định mức phải lớn hơn điện áp nguồn hoặc điện áp bus. Chỉ bằng cách này mới có thể cung cấp đủ khả năng bảo vệ để MOSFET không bị hỏng. Liên quan đến việc lựa chọn MOSFET, cần xác định điện áp tối đa giữa cực máng và nguồn, tức là VDS tối đa. Các yếu tố an toàn khác mà các kỹ sư thiết kế cần xem xét bao gồm quá độ điện áp gây ra bởi các thiết bị điện tử chuyển mạch, chẳng hạn như động cơ hoặc máy biến áp. Điện áp định mức của các ứng dụng khác nhau cũng khác nhau; Thông thường, thiết bị di động là 20V, nguồn điện FPGA là 20 ~ 30V và ứng dụng 85 ~ 220VAC là 450 ~ 600V V. Ở chế độ dẫn điện liên tục, MOSFET ở trạng thái ổn định và dòng điện liên tục đi qua thiết bị. Xung tăng đột biến đề cập đến một lượng lớn xung điện (hoặc dòng điện tăng đột biến) chạy qua thiết bị. Sau khi xác định được dòng điện tối đa trong các điều kiện này, chỉ cần trực tiếp chọn thiết bị có thể chịu được dòng điện tối đa này. ?3) Tính toán tổn thất dẫn điện Tổn thất điện năng của thiết bị MOSFET có thể tính bằng Iload2× Theo tính toán RDS(ON), do điện trở thay đổi theo nhiệt độ nên mức tiêu thụ điện năng cũng sẽ thay đổi tương ứng. Đối với thiết kế di động, việc sử dụng điện áp thấp hơn sẽ dễ dàng hơn (phổ biến hơn), trong khi đối với thiết kế công nghiệp, có thể sử dụng điện áp cao hơn. Lưu ý rằng điện trở RDS(ON) sẽ tăng nhẹ theo dòng điện. Những thay đổi về các thông số điện khác nhau của điện trở RDS(ON) có thể được tìm thấy trong bảng dữ liệu kỹ thuật do nhà sản xuất cung cấp. 4) Việc tản nhiệt của hệ thống máy tính đòi hỏi người thiết kế phải xem xét hai tình huống khác nhau, đó là trường hợp xấu nhất và tình huống thực tế. Nên áp dụng kết quả tính toán cho trường hợp xấu nhất, vì kết quả này mang lại biên độ an toàn lớn hơn và có thể đảm bảo rằng hệ thống sẽ không bị lỗi. Có một số dữ liệu đo lường cần được chú ý trong bảng dữ liệu MOSFET; Chẳng hạn như điện trở nhiệt giữa điểm nối bán dẫn của thiết bị đóng gói và môi trường cũng như nhiệt độ điểm nối tối đa. Trên thực tế, tổn thất chuyển đổi cũng là một chỉ số rất quan trọng. Tích số điện áp-dòng điện tức thời khá lớn, điều này quyết định hiệu suất chuyển mạch của thiết bị ở một mức độ nào đó. Tuy nhiên, nếu hệ thống yêu cầu hiệu suất chuyển mạch cao, có thể chọn MOSFET công suất có điện tích cổng thấp QG.

Tuyên bố miễn trừ trách nhiệm: Bài viết này được sao chép từ "Ghi chú của kỹ sư điện tử". Bài viết này chỉ thể hiện quan điểm cá nhân của tác giả, không thể hiện quan điểm của Sacco Micro và ngành. Nó chỉ dành cho việc in lại và chia sẻ để hỗ trợ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả khi tái bản. Nếu có vi phạm vui lòng liên hệ với chúng tôi để xóa.

Điện thoại công ty: +86-0755-83044319
Fax/fax:+86-0755-83975897
Email: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 Quản lý Li
QQ: 332496225 Quản lý Qiu
Địa chỉ: Phòng 809, Khu C, Tòa nhà Công nghệ Zhantao, Số 1079 Đại lộ Minzhi, Quận Mới Long Hoa, Thâm Quyến