ພາບລວມຂອງ MOSFET

ພະລັງງານ MOSFET ຍັງແບ່ງອອກເປັນປະເພດ junction ແລະປະເພດປະຕູຮົ້ວ insulated, ແຕ່ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນຫມາຍເຖິງປະເພດປະຕູຮົ້ວ insulated MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), ເອີ້ນວ່າພະລັງງານ MOSFET (Power MOSFET). ປະເພດ Junction power field effect transistor ໂດຍທົ່ວໄປເອີ້ນວ່າ electrostatic induction transistor (Static Induction Transistor - SIT). ມັນມີລັກສະນະເປັນແຮງດັນປະຕູເພື່ອຄວບຄຸມກະແສໄຟຟ້າ, ວົງຈອນຂັບແມ່ນງ່າຍດາຍ, ຕ້ອງການພະລັງງານຂັບຫນ້ອຍ, ຄວາມໄວສະຫຼັບໄວ, ຄວາມຖີ່ຂອງການດໍາເນີນງານສູງ, ຄວາມຫມັ້ນຄົງຂອງຄວາມຮ້ອນແມ່ນດີກວ່າ.GTR, ແຕ່ຄວາມສາມາດໃນປະຈຸບັນຂອງມັນແມ່ນຂະຫນາດນ້ອຍ, ແຮງດັນຕ່ໍາ, ໂດຍທົ່ວໄປພຽງແຕ່ນໍາໃຊ້ກັບພະລັງງານບໍ່ເກີນ 10kW ຂອງອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານ.

 

1. ໂຄງສ້າງພະລັງງານ MOSFET ແລະຫຼັກການປະຕິບັດງານ

ປະເພດພະລັງງານ MOSFET: ອີງຕາມຊ່ອງທາງ conductive ສາມາດແບ່ງອອກເປັນ P-channel ແລະ N-channel. ອີງຕາມຄວາມກວ້າງຂອງແຮງດັນປະຕູຮົ້ວສາມາດແບ່ງອອກເປັນ; ປະເພດ depletion; ໃນເວລາທີ່ແຮງດັນປະຕູຮົ້ວແມ່ນສູນໃນເວລາທີ່ທໍ່ລະບາຍນ້ໍາ - ແຫຼ່ງລະຫວ່າງທີ່ມີຢູ່ແລ້ວຂອງຊ່ອງທາງການດໍາເນີນການ, ປັບປຸງ; ສໍາລັບອຸປະກອນຊ່ອງທາງ N (P), ແຮງດັນປະຕູແມ່ນຫຼາຍກ່ວາ (ຫນ້ອຍກວ່າ) ສູນກ່ອນທີ່ຈະມີຢູ່ຂອງຊ່ອງທາງການດໍາເນີນການ, ພະລັງງານ MOSFET ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນ N-channel ປັບປຸງ.

 

1.1 ພະລັງງານMOSFETໂຄງສ້າງ　　

ພະລັງງານ MOSFET ໂຄງສ້າງພາຍໃນແລະສັນຍາລັກໄຟຟ້າ; ການດໍາເນີນການຂອງມັນພຽງແຕ່ຫນຶ່ງ polarity carriers (polys) ມີສ່ວນຮ່ວມໃນການ conductive, ເປັນ transistor unipolar. ກົນໄກການດໍາເນີນການແມ່ນຄືກັນກັບ MOSFET ພະລັງງານຕ່ໍາ, ແຕ່ໂຄງສ້າງມີຄວາມແຕກຕ່າງກັນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ, MOSFET ພະລັງງານຕ່ໍາແມ່ນອຸປະກອນການນໍາທາງນອນ, ພະລັງງານ MOSFET ສ່ວນໃຫຍ່ຂອງໂຄງສ້າງການນໍາທາງຕັ້ງ, ທີ່ເອີ້ນກັນວ່າ VMOSFET (Vertical MOSFET) , ເຊິ່ງຊ່ວຍປັບປຸງແຮງດັນຂອງອຸປະກອນ MOSFET ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍແລະທົນທານຕໍ່ຄວາມສາມາດໃນປະຈຸບັນ.

 

ອີງຕາມຄວາມແຕກຕ່າງຂອງໂຄງສ້າງ conductive ໃນແນວຕັ້ງ, ແຕ່ຍັງແບ່ງອອກເປັນການນໍາໃຊ້ຮ່ອງຮູບ V ເພື່ອບັນລຸການ conductive ຕັ້ງຂອງ VVMOSFET ແລະມີໂຄງສ້າງ MOSFET double-diffused ແນວຕັ້ງຂອງ VDMOSFET (Vertical Double-diffused.MOSFET), ເອກະສານນີ້ສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນສົນທະນາເປັນຕົວຢ່າງຂອງອຸປະກອນ VDMOS.

 

Power MOSFETs ສໍາລັບໂຄງສ້າງປະສົມປະສານຫຼາຍ, ເຊັ່ນ: International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET ໂດຍໃຊ້ຫນ່ວຍ hexagonal; Siemens (Siemens) SIPMOSFET ໃຊ້ຫນ່ວຍມົນທົນ; Motorola (Motorola) TMOS ໂດຍໃຊ້ຫນ່ວຍງານສີ່ຫລ່ຽມໂດຍການຈັດຮູບຮ່າງ "Pin".

 

1.2 ຫຼັກການການເຮັດວຽກຂອງພະລັງງານ MOSFET

ການຕັດອອກ: ລະຫວ່າງເສົາທໍ່ລະບາຍນ້ໍາບວກກັບການສະຫນອງພະລັງງານໃນທາງບວກ, ເສົາປະຕູຮົ້ວລະຫວ່າງແຮງດັນແມ່ນສູນ. p base region ແລະ N drift region ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນລະຫວ່າງ PN junction J1 reverse bias, ບໍ່ມີການໄຫຼເຂົ້າລະຫວ່າງທໍ່ລະບາຍນ້ໍາ.

Conductivity: ດ້ວຍ UGS ແຮງດັນທາງບວກທີ່ນໍາໃຊ້ລະຫວ່າງ gate-source terminals, gate is insulated, so no gate current flows. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ແຮງດັນໄຟຟ້າໃນທາງບວກຂອງປະຕູຮົ້ວຈະຍູ້ຮູຢູ່ໃນ P-region ຂ້າງລຸ່ມນີ້ມັນ, ແລະດຶງດູດ oligons-electrons ໃນ P-region ໄປສູ່ຫນ້າດິນຂອງ P-region ຂ້າງລຸ່ມນີ້ປະຕູໃນເວລາທີ່ UGS ສູງກວ່າ. UT (turn-on voltage or threshold voltage), ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງອິເລັກຕອນຢູ່ດ້ານຂອງ P-region ພາຍໃຕ້ປະຕູຈະມີຫຼາຍກ່ວາຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງຮູ, ດັ່ງນັ້ນ P-type semiconductor inverted ເປັນ N-type ແລະກາຍເປັນ. ຊັ້ນ inverted, ແລະຊັ້ນ inverted ປະກອບເປັນ N-channel ແລະເຮັດໃຫ້ PN junction J1 ຫາຍໄປ, ລະບາຍແລະແຫຼ່ງ conductive.

 

1.3 ລັກສະນະພື້ນຖານຂອງ Power MOSFETs

1.3.1 ລັກສະນະຄົງທີ່.

ຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງ ID ກະແສໄຟຟ້າແລະແຮງດັນ UGS ລະຫວ່າງແຫຼ່ງປະຕູແມ່ນເອີ້ນວ່າລັກສະນະການໂອນຂອງ MOSFET, ID ແມ່ນໃຫຍ່ກວ່າ, ຄວາມສໍາພັນລະຫວ່າງ ID ແລະ UGS ແມ່ນປະມານເສັ້ນ, ແລະຄວາມຊັນຂອງເສັ້ນໂຄ້ງແມ່ນກໍານົດເປັນ transconductance Gfs. .

 

ຄຸນລັກສະນະຂອງ volt-ampere ຂອງທໍ່ລະບາຍນ້ໍາ (ລັກສະນະຜົນຜະລິດ) ຂອງ MOSFET: ພາກພື້ນ cutoff (ທີ່ສອດຄ້ອງກັນກັບພາກພື້ນ cutoff ຂອງ GTR); ພາກພື້ນການອີ່ມຕົວ (ທີ່ສອດຄ້ອງກັນກັບພາກພື້ນຂະຫຍາຍຂອງ GTR); ພາກພື້ນທີ່ບໍ່ອີ່ມຕົວ (ກົງກັບພາກພື້ນຄວາມອີ່ມຕົວຂອງ GTR). ພະລັງງານ MOSFET ດໍາເນີນການຢູ່ໃນສະຖານະສະຫຼັບ, ie, ມັນ switches ກັບໄປມາລະຫວ່າງພາກພື້ນ cutoff ແລະພາກພື້ນບໍ່ອີ່ມຕົວ. ພະລັງງານ MOSFET ມີ diode parasitic ລະຫວ່າງ terminals ທໍ່ລະບາຍນ້ໍາ, ແລະອຸປະກອນດໍາເນີນການໃນເວລາທີ່ແຮງດັນ reverse ຖືກນໍາໃຊ້ລະຫວ່າງ terminals ທໍ່ລະບາຍນ້ໍາ. ຄວາມຕ້ານທານໃນລັດຂອງພະລັງງານ MOSFET ມີຄ່າສໍາປະສິດອຸນຫະພູມໃນທາງບວກ, ເຊິ່ງແມ່ນເອື້ອອໍານວຍສໍາລັບການເທົ່າທຽມກັນຂອງປະຈຸບັນໃນເວລາທີ່ອຸປະກອນຕ່າງໆໄດ້ຖືກເຊື່ອມຕໍ່ຂະຫນານ.

 

1.3.2 ລັກສະນະແບບເຄື່ອນໄຫວ;

ວົງຈອນການທົດສອບຂອງມັນແລະການປ່ຽນຮູບແບບຄື້ນຂະບວນການ.

ຂະບວນການເປີດ; turn-on delay time td(on) - ໄລ​ຍະ​ເວ​ລາ​ລະ​ຫວ່າງ​ປັດ​ຈຸ​ບັນ​ຂອງ​ຂຶ້ນ​ຫນ້າ​ແລະ​ປັດ​ຈຸ​ບັນ​ທີ່ uGS = UT ແລະ iD ເລີ່ມ​ປະ​ກົດ​ຂຶ້ນ​; rise time tr- ໄລຍະເວລາທີ່ uGS ເພີ່ມຂຶ້ນຈາກ uT ກັບແຮງດັນປະຕູຮົ້ວ UGSP ທີ່ MOSFET ເຂົ້າໄປໃນພາກພື້ນທີ່ບໍ່ອີ່ມຕົວ; ຄ່າ​ສະ​ຫມໍ່າ​ສະ​ເຫມີ​ຂອງ iD ໄດ້​ຖືກ​ກໍາ​ນົດ​ໂດຍ​ແຮງ​ດັນ​ການ​ສະ​ຫນອງ​ທໍ່​ລະບາຍ​, UE​, ແລະ​ການ​ລະບາຍ​ຄວາມ​ແຕກ​ຕ່າງ​ກັນ​ຂອງ UGSP ແມ່ນ​ກ່ຽວ​ຂ້ອງ​ກັບ​ຄ່າ​ສະ​ຫມໍ່າ​ສະ​ເຫມີ​ຂອງ iD​. ຫຼັງຈາກ UGS ມາຮອດ UGSP, ມັນຍັງສືບຕໍ່ເພີ່ມຂຶ້ນພາຍໃຕ້ການດໍາເນີນການຈົນກ່ວາມັນເຖິງສະພາບທີ່ຫມັ້ນຄົງ, ແຕ່ iD ແມ່ນບໍ່ປ່ຽນແປງ. ເວລາເປີດ ton-Sum ຂອງເວລາຊັກຊ້າເປີດ ແລະເວລາເພີ່ມ.

 

ເວລາປິດການຊັກຊ້າ td (ປິດ) - ໄລຍະເວລາທີ່ iD ເລີ່ມຫຼຸດລົງເປັນສູນຈາກເວລາຂຶ້ນຫຼຸດລົງເຖິງສູນ, Cin ຖືກປ່ອຍຜ່ານ Rs ແລະ RG, ແລະ uGS ຕົກເປັນ UGSP ຕາມເສັ້ນໂຄ້ງເລກກໍາລັງ.

 

ເວລາຫຼຸດລົງ tf- ໄລຍະເວລາຈາກເວລາທີ່ uGS ສືບຕໍ່ຫຼຸດລົງຈາກ UGSP ແລະ iD ຫຼຸດລົງຈົນກ່ວາຊ່ອງຫາຍໄປຢູ່ທີ່ uGS < UT ແລະ ID ຫຼຸດລົງເປັນສູນ. ເວລາປິດ-ປິດ-ຜົນລວມຂອງເວລາເລື່ອນເວລາປິດ ແລະເວລາຕົກ.

 

1.3.3 ຄວາມໄວສະຫຼັບ MOSFET.

ຄວາມໄວສະຫຼັບ MOSFET ແລະການສາກໄຟ Cin ແລະການໄຫຼອອກມີຄວາມສໍາພັນອັນໃຫຍ່ຫຼວງ, ຜູ້ໃຊ້ບໍ່ສາມາດຫຼຸດຜ່ອນ Cin, ແຕ່ສາມາດຫຼຸດຜ່ອນການຂັບເຄື່ອນວົງຈອນການຕໍ່ຕ້ານພາຍໃນ Rs ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນເວລາຄົງທີ່, ເພື່ອເລັ່ງຄວາມໄວສະຫຼັບ, MOSFET ພຽງແຕ່ອີງໃສ່ການ conductivity polytronic, ບໍ່ມີຜົນກະທົບການເກັບຮັກສາ oligotronic, ແລະດັ່ງນັ້ນ, ຂະບວນການປິດແມ່ນໄວຫຼາຍ, ເວລາປ່ຽນ 10-100ns, ຄວາມຖີ່ຂອງການດໍາເນີນງານສາມາດສູງເຖິງ 100kHz ຫຼືຫຼາຍກວ່ານັ້ນ, ແມ່ນສູງສຸດຂອງອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກພະລັງງານຕົ້ນຕໍ.

 

ອຸ​ປະ​ກອນ​ທີ່​ຄວບ​ຄຸມ​ພາກ​ສະ​ຫນາມ​ຮຽກ​ຮ້ອງ​ໃຫ້​ມີ​ເກືອບ​ບໍ່​ມີ​ປັດ​ຈຸ​ບັນ​ການ​ປ້ອນ​ຂໍ້​ມູນ​ໃນ​ການ​ພັກ​ຜ່ອນ​. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນລະຫວ່າງການຂະບວນການປ່ຽນ, ຕົວເກັບປະຈຸ input ຕ້ອງໄດ້ຮັບການຄິດຄ່າທໍານຽມແລະ discharged, ເຊິ່ງຍັງຮຽກຮ້ອງໃຫ້ມີຈໍານວນທີ່ແນ່ນອນຂອງພະລັງງານຂັບລົດ. ຄວາມຖີ່ຂອງການສະຫຼັບທີ່ສູງຂື້ນ, ພະລັງງານໄດຕ້ອງການຫຼາຍ.

 

1.4 ການປັບປຸງປະສິດທິພາບແບບໄດນາມິກ

ນອກເຫນືອໄປຈາກຄໍາຮ້ອງສະຫມັກອຸປະກອນທີ່ຈະພິຈາລະນາແຮງດັນອຸປະກອນ, ໃນປັດຈຸບັນ, ຄວາມຖີ່, ແຕ່ຍັງຕ້ອງແມ່ບົດໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງວິທີການປົກປັກຮັກສາອຸປະກອນ, ບໍ່ໃຫ້ອຸປະກອນໃນການປ່ຽນແປງຊົ່ວຄາວໃນຄວາມເສຍຫາຍ. ແນ່ນອນ thyristor ແມ່ນປະສົມປະສານຂອງສອງ transistors bipolar, ບວກໃສ່ກັບ capacitance ຂະຫນາດໃຫຍ່ເນື່ອງຈາກພື້ນທີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່, ດັ່ງນັ້ນຄວາມສາມາດ dv / dt ຂອງມັນມີຄວາມສ່ຽງຫຼາຍ. ສໍາລັບ di/dt ມັນຍັງມີບັນຫາພາກພື້ນ conduction ຂະຫຍາຍ, ດັ່ງນັ້ນມັນຍັງ imposes ຂໍ້ຈໍາກັດທີ່ຂ້ອນຂ້າງຮ້າຍແຮງ.

ກໍລະນີຂອງພະລັງງານ MOSFET ແມ່ນຂ້ອນຂ້າງແຕກຕ່າງກັນ. ຄວາມສາມາດ dv/dt ແລະ di/dt ຂອງມັນມັກຈະຖືກປະເມີນໃນແງ່ຂອງຄວາມສາມາດຕໍ່ nanosecond (ແທນທີ່ຈະເປັນ microsecond). ແຕ່ເຖິງວ່າຈະມີນີ້, ມັນມີຂໍ້ຈໍາກັດການປະຕິບັດແບບເຄື່ອນໄຫວ. ເຫຼົ່ານີ້ສາມາດເຂົ້າໃຈໄດ້ໃນແງ່ຂອງໂຄງສ້າງພື້ນຖານຂອງ MOSFET ພະລັງງານ.

 

ໂຄງສ້າງຂອງ MOSFET ພະລັງງານແລະວົງຈອນທຽບເທົ່າທີ່ສອດຄ້ອງກັນຂອງມັນ. ນອກເຫນືອໄປຈາກ capacitance ໃນເກືອບທຸກພາກສ່ວນຂອງອຸປະກອນ, ມັນຕ້ອງໄດ້ຮັບການພິຈາລະນາວ່າ MOSFET ມີ diode ເຊື່ອມຕໍ່ໃນຂະຫນານ. ຈາກຈຸດທີ່ແນ່ນອນ, ຍັງມີ transistor parasitic. (ຄືກັນກັບ IGBT ຍັງມີ thyristor ກາຝາກ). ເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນປັດໃຈສໍາຄັນໃນການສຶກສາພຶດຕິກໍາແບບເຄື່ອນໄຫວຂອງ MOSFETs.

 

ກ່ອນ​ອື່ນ​ຫມົດ diode intrinsic ຕິດ​ກັບ​ໂຄງ​ສ້າງ MOSFET ມີ​ຄວາມ​ສາ​ມາດ avalanche ບາງ​. ນີ້ມັກຈະສະແດງອອກໃນແງ່ຂອງຄວາມສາມາດໃນການ avalanche ດຽວແລະຄວາມສາມາດໃນການ avalanche ຊ້ໍາຊ້ອນ. ເມື່ອ di/dt ປີ້ນກັບກັນມີຂະຫນາດໃຫຍ່, diode ແມ່ນຂຶ້ນກັບການເຕັ້ນຂອງກໍາມະຈອນເຕັ້ນໄວຫຼາຍ, ເຊິ່ງມີທ່າແຮງທີ່ຈະເຂົ້າໄປໃນພາກພື້ນ avalanche ແລະອາດຈະເຮັດໃຫ້ອຸປະກອນເສຍຫາຍເມື່ອຄວາມສາມາດ avalanche ຂອງມັນເກີນ. ເຊັ່ນດຽວກັນກັບ PN junction diode ໃດ, ການກວດສອບລັກສະນະການເຄື່ອນໄຫວຂອງມັນແມ່ນຂ້ອນຂ້າງສັບສົນ. ພວກເຂົາເຈົ້າມີຄວາມແຕກຕ່າງກັນຫຼາຍຈາກແນວຄວາມຄິດທີ່ງ່າຍດາຍຂອງ PN junction ດໍາເນີນການໃນທິດທາງຂ້າງຫນ້າແລະຕັນໃນທິດທາງປີ້ນກັບກັນ. ເມື່ອກະແສໄຟຟ້າຫຼຸດລົງຢ່າງໄວວາ, diode ສູນເສຍຄວາມສາມາດໃນການປິດກັ້ນຂອງປີ້ນກັບໄລຍະເວລາທີ່ເອີ້ນວ່າເວລາການຟື້ນຕົວຄືນ. ຍັງມີໄລຍະເວລາທີ່ຈຸດເຊື່ອມຕໍ່ PN ຈໍາເປັນຕ້ອງດໍາເນີນການຢ່າງໄວວາແລະບໍ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມຕ້ານທານຕໍ່າຫຼາຍ. ເມື່ອມີການສັກຢາສົ່ງຕໍ່ເຂົ້າໄປໃນ diode ໃນ MOSFET ພະລັງງານ, ຜູ້ຂົນສົ່ງຊົນເຜົ່າສ່ວນນ້ອຍທີ່ສັກຢາຍັງເພີ່ມຄວາມສັບສົນຂອງ MOSFET ເປັນອຸປະກອນ multitronic.

 

ເງື່ອນໄຂຊົ່ວຄາວແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງຢ່າງໃກ້ຊິດກັບເງື່ອນໄຂຂອງສາຍ, ແລະລັກສະນະນີ້ຄວນໄດ້ຮັບການເອົາໃຈໃສ່ຢ່າງພຽງພໍໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ. ມັນເປັນສິ່ງສໍາຄັນທີ່ຈະມີຄວາມຮູ້ໃນຄວາມເລິກຂອງອຸປະກອນເພື່ອອໍານວຍຄວາມສະດວກໃນຄວາມເຂົ້າໃຈແລະການວິເຄາະບັນຫາທີ່ສອດຄ້ອງກັນ.