Обзор МОП-транзистора

Силовой МОП-транзистор также делится на тип перехода и тип изолированного затвора, но обычно в основном относится к МОП-транзистору с изолированным затвором (металлооксидно-полупроводниковый полевой транзистор), называемому силовым МОП-транзистором (Мощный МОП-транзистор). Силовой полевой транзистор переходного типа обычно называют электростатическим индукционным транзистором (Static Induction Transistor - SIT). Он характеризуется напряжением затвора для управления током стока, схема управления проста, требует небольшой мощности привода, быстрая скорость переключения, высокая рабочая частота, термическая стабильность лучше, чем уГТП, но его текущая мощность небольшая, низкое напряжение, как правило, применяется только к силовым электронным устройствам мощностью не более 10 кВт.

1. Структура и принцип работы силового МОП-транзистора.

Типы силовых МОП-транзисторов: в зависимости от проводящего канала их можно разделить на P-канал и N-канал. По амплитуде напряжения затвора можно разделить на; тип истощения; когда напряжение затвора равно нулю, когда между полюсом сток-исток существует проводящий канал, усиленный; для устройства с каналом N (P) напряжение затвора больше (меньше) нуля до появления проводящего канала, силовой МОП-транзистор в основном усиливается по N-каналу.

1.1 МощностьМОП-транзисторструктура　　

Внутренняя структура силового МОП-транзистора и электрические обозначения; в его проводимости только носители одной полярности (полисы), участвующие в проводящем, представляют собой униполярный транзистор. Механизм проводимости такой же, как у МОП-транзистора малой мощности, но структура имеет большую разницу: МОП-транзистор малой мощности представляет собой горизонтальное проводящее устройство, силовой МОП-транзистор - большую часть вертикальной проводящей структуры, также известный как VMOSFET (Вертикальный МОП-транзистор). , что значительно улучшает выдерживаемость напряжения и тока устройства MOSFET.

В соответствии с различиями в вертикальной проводящей структуре, но также разделен на использование V-образной канавки для достижения вертикальной проводимости VVMOSFET и имеет вертикальную проводящую структуру MOSFET с двойной диффузией VDMOSFET (вертикальная двойная диффузия).МОП-транзистор), данная статья в основном обсуждается как пример устройств VDMOS.

Силовые МОП-транзисторы для нескольких интегрированных структур, такие как International Rectifier (Международный выпрямитель) HEXFET с использованием шестиугольного блока; Siemens (Сименс) SIPMOSFET с использованием квадратного блока; Motorola (Моторола) TMOS с использованием прямоугольного блока по форме «штырь».

1.2 Принцип работы силового МОП-транзистора

Отключение: между полюсами сток-исток плюс положительный источник питания, между полюсами затвор-исток напряжение равно нулю. Базовая область p и область дрейфа N образуются между обратным смещением PN-перехода J1, ток между полюсами сток-исток отсутствует.

Проводимость: при подаче положительного напряжения UGS между клеммами затвор-исток затвор изолирован, поэтому ток затвора не течет. Однако положительное напряжение затвора будет отталкивать дырки в P-области ниже него и притягивать олигоны-электроны в P-области к поверхности P-области ниже затвора, когда UGS больше, чем UT (напряжение включения или пороговое напряжение) концентрация электронов на поверхности P-области под затвором будет больше, чем концентрация дырок, так что полупроводник P-типа инвертируется в N-тип и становится а инвертированный слой, а инвертированный слой образует N-канал и делает PN-переход J1 исчезающим, проводящим сток и исток.

1.3 Основные характеристики силовых МОП-транзисторов

1.3.1 Статические характеристики.

Зависимость между током стока ID и напряжением UGS между истоком затвора называется передаточной характеристикой МОП-транзистора, ID больше, связь между ID и UGS приблизительно линейна, а наклон кривой определяется как крутизна Gfs. .

Стоковые ВАХ (выходные характеристики) МОП-транзистора: область отсечки (соответствует области отсечки ГТР); область насыщения (соответствующая области усиления ГТР); область ненасыщения (соответствующая области насыщения ОТО). Силовой МОП-транзистор работает в режиме переключения, т.е. он переключается между областью отсечки и областью ненасыщения. Силовой МОП-транзистор имеет паразитный диод между клеммами сток-исток, и устройство проводит ток, когда между клеммами сток-исток подается обратное напряжение. Сопротивление силового МОП-транзистора в открытом состоянии имеет положительный температурный коэффициент, что благоприятно для выравнивания тока при параллельном соединении устройств.

1.3.2 Динамическая характеристика;

его тестовая схема и формы сигналов процесса переключения.

Процесс включения; время задержки включения td(on) - период времени между моментом включения и моментом начала появления uGS = UT и iD; время нарастания tr - период времени, когда uGS повышается от uT до напряжения затвора UGSP, при котором МОП-транзистор входит в ненасыщенную область; установившееся значение iD определяется напряжением питания стока, UE, и величина UGSP связана с установившимся значением iD. После того, как ПХГ достигает УГСП, оно продолжает расти под действием до тех пор, пока не достигнет устойчивого состояния, но iD остается неизменным. Время включения тонна — сумма времени задержки включения и времени нарастания.

Время задержки выключения td(off) - Период времени, когда iD начинает уменьшаться до нуля, с момента up падает до нуля, Cin разряжается через Rs и RG, а uGS падает до UGSP по экспоненциальной кривой.

Время падения tf – период времени с момента, когда uGS продолжает падать от UGSP и iD уменьшается до тех пор, пока канал не исчезнет при uGS < UT и ID не упадет до нуля. Время выключения toff – сумма времени задержки выключения и времени спада.

1.3.3 Скорость переключения МОП-транзистора.

Скорость переключения MOSFET и зарядка и разрядка Cin имеют отличную взаимосвязь, пользователь не может уменьшить Cin, но может уменьшить внутреннее сопротивление Rs схемы управления, чтобы уменьшить постоянную времени, чтобы ускорить скорость переключения, MOSFET полагается только на политронную проводимость, отсутствует эффект олиготронного накопления, поэтому процесс отключения происходит очень быстро, время переключения 10-100 нс, рабочая частота может достигать 100 кГц и более, это самая высокая из основных силовые электронные устройства.

Устройства, управляемые полем, в состоянии покоя практически не требуют входного тока. Однако во время процесса переключения входной конденсатор необходимо заряжать и разряжать, что все равно требует определенной мощности возбуждения. Чем выше частота переключения, тем большая мощность привода требуется.

1.4 Улучшение динамических характеристик

В дополнение к применению устройства необходимо учитывать напряжение устройства, ток, частоту, но также необходимо освоить применение того, как защитить устройство, чтобы не наносить устройству временные изменения в результате повреждения. Конечно, тиристор представляет собой комбинацию двух биполярных транзисторов с большой емкостью из-за большой площади, поэтому его способность dv/dt более уязвима. Для di/dt также существует проблема расширенной области проводимости, поэтому это также накладывает довольно серьезные ограничения.

Случай с силовым МОП-транзистором совершенно иной. Его пропускная способность dv/dt и di/dt часто оценивается в единицах производительности на наносекунду (а не на микросекунду). Но, несмотря на это, он имеет ограничения по динамической производительности. Их можно понять с точки зрения базовой структуры силового МОП-транзистора.

Структура силового МОП-транзистора и соответствующая ему эквивалентная схема. Помимо емкости практически в каждой части устройства необходимо учитывать, что МОП-транзистор имеет параллельно включенный диод. С определенной точки зрения существует еще и паразитный транзистор. (Точно так же, как IGBT имеет паразитный тиристор). Это важные факторы при изучении динамического поведения МОП-транзисторов.

Прежде всего, собственный диод, прикрепленный к структуре MOSFET, обладает некоторой лавинной способностью. Обычно это выражается в терминах способности противостоять одиночной лавине и способности повторяющейся лавины. Когда обратное значение di/dt велико, диод подвергается очень быстрому всплеску импульса, который может попасть в лавинную область и потенциально повредить устройство, если его лавинная способность будет превышена. Как и в случае с любым диодом с PN-переходом, изучение его динамических характеристик довольно сложно. Они сильно отличаются от простой концепции PN-перехода, проводящего в прямом направлении и блокирующего в обратном. Когда ток быстро падает, диод теряет способность обратного блокировки на период времени, известный как время обратного восстановления. также существует период времени, когда PN-переход должен проводить быстро и не проявлять очень низкого сопротивления. Как только происходит прямой инжект в диод силового МОП-транзистора, инжектированные неосновные несущие также усложняют МОП-транзистор как мультитронное устройство.

Переходные условия тесно связаны с условиями линии, и этому аспекту следует уделять достаточно внимания в приложении. Важно иметь глубокие знания об устройстве, чтобы облегчить понимание и анализ соответствующих проблем.