MOSFET सिंहावलोकन

पावर MOSFET लाई जंक्शन प्रकार र इन्सुलेटेड गेट प्रकारमा पनि विभाजन गरिएको छ, तर सामान्यतया मुख्य रूपमा इन्सुलेटेड गेट प्रकार MOSFET (मेटल अक्साइड सेमीकन्डक्टर FET) लाई जनाउँछ, जसलाई पावर MOSFET (पावर MOSFET) भनिन्छ। जंक्शन प्रकार पावर फिल्ड इफेक्ट ट्रान्जिस्टरलाई सामान्यतया इलेक्ट्रोस्टेटिक इन्डक्शन ट्रान्जिस्टर (स्टेटिक इन्डक्शन ट्रान्जिस्टर - एसआईटी) भनिन्छ। यो ड्रेन वर्तमान नियन्त्रण गर्न गेट भोल्टेज द्वारा विशेषता छ, ड्राइभ सर्किट सरल छ, थोरै ड्राइभ पावर चाहिन्छ, छिटो स्विच गति, उच्च सञ्चालन आवृत्ति, थर्मल स्थिरता भन्दा राम्रो छ।GTR, तर यसको हालको क्षमता सानो छ, कम भोल्टेज, सामान्यतया केवल 10kW भन्दा बढी पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूमा लागू हुन्छ।

1. पावर MOSFET संरचना र सञ्चालन सिद्धान्त

पावर MOSFET प्रकार: प्रवाहकीय च्यानल अनुसार P- च्यानल र N- च्यानल विभाजित गर्न सकिन्छ। गेट भोल्टेज आयाम अनुसार विभाजित गर्न सकिन्छ; कमी को प्रकार; जब गेट भोल्टेज शून्य हुन्छ जब एक कन्डक्टिंग च्यानलको अस्तित्व बीचको ड्रेन-स्रोत पोल, परिष्कृत; N (P) च्यानल यन्त्रको लागि, गेट भोल्टेज एक कन्डक्टिङ च्यानलको अस्तित्व भन्दा पहिले (कम भन्दा कम) शून्य भन्दा ठूलो छ, पावर MOSFET मुख्यतया N-च्यानल विस्तार गरिएको छ।

१.१ शक्तिMOSFETसंरचना　　

पावर MOSFET आन्तरिक संरचना र विद्युत प्रतीकहरू; यसको संवाहक मात्र एक ध्रुवीय वाहक (पोली) प्रवाहकीय मा संलग्न छ, एक ध्रुवीय ट्रान्जिस्टर हो। सञ्चालन संयन्त्र कम-शक्ति MOSFET जस्तै हो, तर संरचनामा ठूलो भिन्नता छ, कम-शक्ति MOSFET एक तेर्सो प्रवाहकीय उपकरण हो, शक्ति MOSFET धेरै ठाडो प्रवाहकीय संरचना, VMOSFET (ठाडो MOSFET) को रूपमा पनि चिनिन्छ। , जसले MOSFET यन्त्र भोल्टेज र वर्तमान प्रतिरोध क्षमतामा धेरै सुधार गर्दछ।

ठाडो प्रवाहकीय संरचनामा भिन्नताहरू अनुसार, तर VVMOSFET को ठाडो चालकता प्राप्त गर्न V-आकारको नालीको प्रयोगमा विभाजन गरिएको छ र VDMOSFET को ठाडो प्रवाहकीय डबल-डिफ्यूज्ड MOSFET संरचना छ (ठाडो डबल-डिफ्यूज्डMOSFET), यो पेपर मुख्य रूपमा VDMOS उपकरणहरूको उदाहरणको रूपमा छलफल गरिएको छ।

बहु एकीकृत संरचनाको लागि पावर MOSFETs, जस्तै अन्तर्राष्ट्रिय रेक्टिफायर (अन्तर्राष्ट्रिय रेक्टिफायर) हेक्सागोनल एकाइ प्रयोग गरी HEXFET; Siemens (Siemens) SIPMOSFET वर्ग एकाइ प्रयोग गरेर; Motorola (Motorola) TMOS "Pin" आकार व्यवस्था द्वारा एक आयताकार एकाइ प्रयोग गर्दै।

1.2 शक्ति MOSFET सञ्चालन सिद्धान्त

कट-अफ: ड्रेन-स्रोत पोलहरू र सकारात्मक बिजुली आपूर्ति बीच, भोल्टेज बीचको गेट-स्रोत पोलहरू शून्य छ। p आधार क्षेत्र र N बहाव क्षेत्र PN जंक्शन J1 रिभर्स पूर्वाग्रहको बीचमा बनाइएको छ, ड्रेन-स्रोत पोलहरू बीच कुनै वर्तमान प्रवाह छैन।

चालकता: गेट-स्रोत टर्मिनलहरू बीच सकारात्मक भोल्टेज UGS लागू गरिएको छ, गेट इन्सुलेट गरिएको छ, त्यसैले कुनै गेट करेन्ट प्रवाह हुँदैन। यद्यपि, गेटको सकारात्मक भोल्टेजले यसको तलको P-क्षेत्रको प्वालहरूलाई टाढा धकेल्नेछ, र UGS भन्दा ठूलो हुँदा P-क्षेत्रमा रहेको ओलिगन-इलेक्ट्रोनहरूलाई गेटको तलको P-क्षेत्रको सतहमा आकर्षित गर्नेछ। UT (टर्न-अन भोल्टेज वा थ्रेसहोल्ड भोल्टेज), गेट अन्तर्गत P-क्षेत्रको सतहमा इलेक्ट्रोनहरूको एकाग्रता भन्दा बढी हुनेछ। प्वालहरूको एकाग्रता, ताकि P-प्रकार अर्धचालक N-प्रकारमा उल्टो हुन्छ र एक उल्टो तह बन्न सक्छ, र उल्टो तहले N-च्यानल बनाउँछ र PN जंक्शन J1 गायब, नाली र स्रोत प्रवाहकीय बनाउँछ।

1.3 पावर MOSFET को आधारभूत विशेषताहरू

१.३.१ स्थिर विशेषताहरू।

ड्रेन वर्तमान ID र गेट स्रोत बीचको भोल्टेज UGS बीचको सम्बन्धलाई MOSFET को स्थानान्तरण विशेषता भनिन्छ, ID ठूलो छ, ID र UGS बीचको सम्बन्ध लगभग रेखीय छ, र कर्भको ढलानलाई ट्रान्सकन्डक्टन्स Gfs को रूपमा परिभाषित गरिएको छ। ।

MOSFET को ड्रेन भोल्ट-एम्पियर विशेषताहरू (आउटपुट विशेषताहरू): कटअफ क्षेत्र (GTR को कटअफ क्षेत्रसँग सम्बन्धित); संतृप्ति क्षेत्र (GTR को प्रवर्धन क्षेत्र संगत); गैर-संतृप्ति क्षेत्र (GTR को संतृप्ति क्षेत्र अनुरूप)। पावर MOSFET स्विचिङ अवस्थामा काम गर्दछ, अर्थात्, यो कटअफ क्षेत्र र गैर-संतृप्ति क्षेत्र बीच अगाडि र पछाडि स्विच गर्दछ। पावर MOSFET मा ड्रेन-स्रोत टर्मिनलहरू बीच एक परजीवी डायोड छ, र ड्रेन-स्रोत टर्मिनलहरू बीच रिभर्स भोल्टेज लागू गर्दा यन्त्रले सञ्चालन गर्दछ। पावर MOSFET को अन-स्टेट प्रतिरोध एक सकारात्मक तापमान गुणांक छ, जुन यन्त्रहरू समानान्तरमा जडान हुँदा वर्तमान बराबर गर्न अनुकूल छ।

1.3.2 गतिशील विशेषता;

यसको परीक्षण सर्किट र स्विचिङ प्रक्रिया तरंगरूपहरू।

टर्न-अन प्रक्रिया; टर्न-अन ढिलाइ समय td(on) - अगाडिको क्षण र uGS = UT र iD देखा पर्न थालेको क्षण बीचको समयावधि; वृद्धि समय tr- समय अवधि जब uGS uT बाट गेट भोल्टेज UGSP मा बढ्छ जसमा MOSFET गैर-संतृप्त क्षेत्रमा प्रवेश गर्दछ; iD को स्थिर अवस्था मान ड्रेन आपूर्ति भोल्टेज, UE, र नाली द्वारा निर्धारण गरिन्छ UGSP को परिमाण iD को स्थिर अवस्था मानसँग सम्बन्धित छ। UGS UGSP मा पुगेपछि, यो स्थिर अवस्थामा नपुगेसम्म माथिको कार्य अन्तर्गत बढ्दै जान्छ, तर iD अपरिवर्तित रहन्छ। टर्न-अन समय टन-टर्न-अन ढिलाइ समय र वृद्धि समयको योग।

बन्द ढिलाइ समय td(off) - iD लाई टाइम अप बाट शून्यमा घटाउन सुरु भएको समयावधि, Cin लाई Rs र RG मार्फत डिस्चार्ज गरिन्छ, र uGS घातांक वक्र अनुसार UGSP मा घट्छ।

फलिङ टाइम tf- UGS <UT मा च्यानल गायब नभएसम्म UGSP र iD बाट uGS घट्ने समयावधि र ID शून्यमा झर्ने समयावधि। टर्न-अफ टाइम टफ- टर्न-अफ ढिलाइ समय र पतन समयको योग।

1.3.3 MOSFET स्विच गति।

MOSFET स्विचिङ गति र Cin चार्जिङ र डिस्चार्जिङको ठूलो सम्बन्ध छ, प्रयोगकर्ताले Cin घटाउन सक्दैन, तर ड्राइभिङ सर्किटको आन्तरिक प्रतिरोध रु घटाउन सक्छ, समय स्थिरता कम गर्न, स्विचिंग गतिको गति बढाउन, MOSFET केवल पोलिट्रोनिक चालकतामा निर्भर गर्दछ, त्यहाँ कुनै ओलिगोट्रोनिक भण्डारण प्रभाव छैन, र यसरी बन्द प्रक्रिया धेरै छिटो छ, स्विचिंग समय 10-100ns, अपरेटिङ फ्रिक्वेन्सी 100kHz वा बढी हुन सक्छ, मुख्य पावर इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको उच्चतम हो।

क्षेत्र-नियन्त्रित यन्त्रहरूलाई आराममा लगभग कुनै इनपुट वर्तमान चाहिन्छ। यद्यपि, स्विचिङ प्रक्रियाको बखत, इनपुट क्यापेसिटर चार्ज र डिस्चार्ज गर्न आवश्यक छ, जसलाई अझै पनि ड्राइभिङ पावरको निश्चित मात्रा चाहिन्छ। स्विचिङ फ्रिक्वेन्सी जति उच्च हुन्छ, ड्राइभ पावर आवश्यक हुन्छ।

1.4 गतिशील प्रदर्शन सुधार

उपकरणको भोल्टेज, वर्तमान, फ्रिक्वेन्सीलाई विचार गर्न उपकरण अनुप्रयोगको अतिरिक्त, तर उपकरणलाई कसरी सुरक्षित गर्ने, क्षतिमा क्षणिक परिवर्तनहरूमा उपकरण बनाउनको लागि अनुप्रयोगमा मास्टर हुनुपर्छ। निस्सन्देह थायरिस्टर दुई द्विध्रुवी ट्रान्जिस्टरहरूको संयोजन हो, ठूलो क्षेत्रको कारणले ठूलो क्यापेसिटन्ससँग जोडिएको छ, त्यसैले यसको dv/dt क्षमता बढी कमजोर छ। di/dt को लागि यसको विस्तारित प्रवाह क्षेत्र समस्या पनि छ, त्यसैले यसले धेरै गम्भीर सीमाहरू पनि लगाउँछ।

शक्ति MOSFET को मामला एकदम फरक छ। यसको dv/dt र di/dt क्षमता प्रायः प्रति नानोसेकेन्ड (प्रति माइक्रोसेकेन्डको सट्टा) क्षमताको हिसाबले अनुमान गरिन्छ। तर यसको बावजुद, यसमा गतिशील प्रदर्शन सीमाहरू छन्। यी एक शक्ति MOSFET को आधारभूत संरचना को मामला मा बुझ्न सकिन्छ।

पावर MOSFET को संरचना र यसको समतुल्य सर्किट। यन्त्रको लगभग हरेक भागमा क्यापेसिटन्सको अतिरिक्त, यो MOSFET सँग समानान्तरमा जडान गरिएको डायोड छ भनेर विचार गर्नुपर्छ। एक निश्चित बिन्दुबाट, त्यहाँ परजीवी ट्रान्जिस्टर पनि छ। (जसरी IGBT मा परजीवी thyristor हुन्छ)। यी MOSFETs को गतिशील व्यवहार को अध्ययन मा महत्वपूर्ण कारक हो।

सबै भन्दा पहिले MOSFET संरचनामा संलग्न आन्तरिक डायोडमा केही हिमस्खलन क्षमता छ। यो सामान्यतया एकल हिमस्खलन क्षमता र दोहोरिने हिमस्खलन क्षमताको सन्दर्भमा व्यक्त गरिन्छ। जब रिभर्स di/dt ठूलो हुन्छ, डायोड धेरै छिटो पल्स स्पाइकको अधीनमा हुन्छ, जसमा हिमस्खलन क्षेत्रमा प्रवेश गर्ने क्षमता हुन्छ र यसको हिमस्खलन क्षमता नाघेपछि उपकरणलाई सम्भावित रूपमा क्षति पुर्‍याउँछ। कुनै पनि PN जंक्शन डायोडको रूपमा, यसको गतिशील विशेषताहरूको छानबिन गर्नु धेरै जटिल छ। तिनीहरू अगाडि दिशामा सञ्चालन गर्ने र उल्टो दिशामा अवरुद्ध गर्ने PN जंक्शनको साधारण अवधारणाबाट धेरै फरक छन्। जब वर्तमान द्रुत रूपमा घट्छ, डायोडले रिभर्स रिकभरी समय भनेर चिनिने अवधिको लागि यसको उल्टो अवरोध गर्ने क्षमता गुमाउँछ। त्यहाँ समयको अवधि पनि हुन्छ जब PN जंक्शनलाई छिटो सञ्चालन गर्न आवश्यक हुन्छ र धेरै कम प्रतिरोध देखाउँदैन। एक पटक पावर MOSFET मा डायोडमा फर्वार्ड इन्जेक्सन भएपछि, अल्पसंख्यक क्यारियरहरूले पनि MOSFET को जटिलतालाई मल्टिट्रोनिक उपकरणको रूपमा थप्छन्।

क्षणिक अवस्थाहरू रेखा अवस्थाहरूसँग नजिकबाट सम्बन्धित छन्, र यो पक्षलाई अनुप्रयोगमा पर्याप्त ध्यान दिइनुपर्छ। सम्बन्धित समस्याहरू बुझ्न र विश्लेषण गर्न सजिलो बनाउन उपकरणको गहिरो ज्ञान हुनु महत्त्वपूर्ण छ।