MOSFET දළ විශ්ලේෂණය

Power MOSFET ද හන්දි වර්ගය සහ පරිවරණය කරන ලද ගේට්ටු වර්ගයට බෙදා ඇත, නමුත් සාමාන්‍යයෙන් ප්‍රධාන වශයෙන් පරිවරණය කරන ලද ගේට් වර්ගය MOSFET (ලෝහ ඔක්සයිඩ් අර්ධ සන්නායක FET) වෙත යොමු වේ, එය බල MOSFET (Power MOSFET) ලෙස හැඳින්වේ. හන්දි ආකාරයේ බල ක්ෂේත්‍ර ආචරණ ට්‍රාන්සිස්ටරය සාමාන්‍යයෙන් විද්‍යුත් ස්ථිතික ප්‍රේරක ට්‍රාන්සිස්ටරය (ස්ථිතික ප්‍රේරක ට්‍රාන්සිස්ටරය - SIT) ලෙස හැඳින්වේ. එය කාණු ධාරාව පාලනය කිරීම සඳහා ගේට්ටු වෝල්ටීයතාවයෙන් සංලක්ෂිත වේ, ඩ්‍රයිව් පරිපථය සරලයි, කුඩා ධාවක බලයක් අවශ්‍ය වේ, වේගවත් මාරු වීමේ වේගය, ඉහළ ක්‍රියාකාරී සංඛ්‍යාතය, තාප ස්ථායීතාවය වඩා හොඳය.GTR, නමුත් එහි වත්මන් ධාරිතාව කුඩා, අඩු වෝල්ටීයතා, සාමාන්යයෙන් බල ඉලෙක්ට්රොනික උපාංග 10kW ට වඩා වැඩි නොවන බලය සඳහා පමණක් අදාළ වේ.

 

1. බලශක්ති MOSFET ව්යුහය සහ මෙහෙයුම් මූලධර්මය

බල MOSFET වර්ග: සන්නායක නාලිකාවට අනුව P-නාලිකාව සහ N-නාලිකාව ලෙස බෙදිය හැකිය. ගේට්ටු වෝල්ටීයතා විස්තාරය අනුව බෙදිය හැකිය; ක්ෂය වීමේ වර්ගය; සන්නායක නාලිකාවක පැවැත්ම අතර කාණු ප්‍රභව ධ්‍රැවය වැඩි දියුණු කළ විට ගේට්ටු වෝල්ටීයතාව ශුන්‍ය වන විට; N (P) නාලිකා උපාංගය සඳහා, සන්නායක නාලිකාවක් පැවතීමට පෙර ද්වාර වෝල්ටීයතාව ශුන්‍යයට වඩා (ට වඩා අඩු) වැඩි වේ, MOSFET බලය ප්‍රධාන වශයෙන් N-නාලිකාව වැඩි දියුණු කර ඇත.

 

1.1 බලයMOSFETව්යුහය　　

බලය MOSFET අභ්යන්තර ව්යුහය සහ විද්යුත් සංකේත; එහි සන්නායකතාවය සන්නායකයට සම්බන්ධ එක් ධ්‍රැවීයතා වාහකයක් (පොලිස්) පමණක් ඒක ධ්‍රැවීය ට්‍රාන්සිස්ටරයකි. සන්නායක යාන්ත්‍රණය අඩු බල MOSFET හා සමාන වේ, නමුත් ව්‍යුහයේ විශාල වෙනසක් ඇත, අඩු බලැති MOSFET තිරස් සන්නායක උපාංගයකි, බලය MOSFET බොහෝ සිරස් සන්නායක ව්‍යුහය, VMOSFET (සිරස් MOSFET) ලෙසද හැඳින්වේ. , MOSFET උපාංග වෝල්ටීයතාවය සහ ධාරාවට ඔරොත්තු දීමේ හැකියාව බෙහෙවින් වැඩි දියුණු කරයි.

 

සිරස් සන්නායක ව්‍යුහයේ ඇති වෙනස්කම් වලට අනුව, VVMOSFET හි සිරස් සන්නායකතාවය ලබා ගැනීම සඳහා V-හැඩැති වලක් භාවිතයට බෙදා ඇති අතර VDMOSFET හි සිරස් සන්නායක ද්විත්ව විසරණය වූ MOSFET ව්‍යුහයක් ඇත (සිරස් ද්විත්ව විසරණය)MOSFET), මෙම ලිපිය ප්රධාන වශයෙන් සාකච්ඡා කරනු ලබන්නේ VDMOS උපාංග සඳහා උදාහරණයක් ලෙසය.

 

ෂඩාස්රාකාර ඒකකයක් භාවිතා කරමින් ජාත්‍යන්තර සෘජුකාරක (ජාත්‍යන්තර සෘජුකාරක) HEXFET වැනි බහු ඒකාබද්ධ ව්‍යුහය සඳහා බල MOSFETs; හතරැස් ඒකකයක් භාවිතා කරමින් Siemens (Siemens) SIPMOSFET; Motorola (Motorola) TMOS "පින්" හැඩයේ සැකැස්ම මගින් සෘජුකෝණාස්‍රාකාර ඒකකයක් භාවිතා කරයි.

 

1.2 Power MOSFET මෙහෙයුම් මූලධර්මය

කපා හැරීම: කාණු මූලාශ්‍ර ධ්‍රැව සහ ධන බල සැපයුම අතර, වෝල්ටීයතාවය අතර ද්වාර ප්‍රභව පොලු ශුන්‍ය වේ. p මූලික කලාපය සහ PN හන්දිය J1 ප්‍රතිලෝම නැඹුරුව අතර පිහිටුවා ඇති N ප්ලාවිත කලාපය, කාණු-මූලාශ්‍ර ධ්‍රැව අතර ධාරා ප්‍රවාහයක් නොමැත.

සන්නායකතාව: ගේට්-මූලාශ්‍ර පර්යන්ත අතර ධනාත්මක වෝල්ටීයතා UGS යොදන විට, ගේට්ටුව පරිවරණය කර ඇත, එබැවින් ගේට්ටු ධාරාව ගලා නොයයි. කෙසේ වෙතත්, ගේට්ටුවේ ධනාත්මක වෝල්ටීයතාවය ඊට පහළින් ඇති P-කලාපයේ සිදුරු ඉවතට තල්ලු කර, UGS වඩා වැඩි වන විට P-කලාපයේ ඇති ඔලිගොන්-ඉලෙක්ට්‍රෝන ද්වාරයට පහළින් P-කලාපයේ මතුපිටට ආකර්ෂණය කරයි. UT (හැරීමේ වෝල්ටීයතාවය හෝ එළිපත්ත වෝල්ටීයතාව), ගේට්ටුව යට P-කලාපයේ මතුපිට ඉලෙක්ට්‍රෝන සාන්ද්‍රණය සිදුරු සාන්ද්‍රණයට වඩා වැඩි වනු ඇත, එවිට P-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක N-වර්ගයට ප්‍රතිලෝම වී බවට පත් වේ. ප්‍රතිලෝම ස්තරයක්, සහ ප්‍රතිලෝම ස්තරය N-නාලිකාවක් සාදන අතර PN හන්දිය J1 අතුරුදහන්, කාණු සහ ප්‍රභව සන්නායක කරයි.

 

1.3 බලශක්ති MOSFET වල මූලික ලක්ෂණ

1.3.1 ස්ථිතික ලක්ෂණ.

ද්වාර ප්‍රභවය අතර කාණු ධාරා ID සහ වෝල්ටීයතා UGS අතර සම්බන්ධය MOSFET හි හුවමාරු ලක්ෂණය ලෙස හැඳින්වේ, ID විශාල වේ, ID සහ UGS අතර සම්බන්ධතාවය ආසන්න වශයෙන් රේඛීය වේ, සහ වක්‍රයේ බෑවුම සම්ප්‍රේෂණ Gfs ලෙස අර්ථ දැක්වේ. .

 

MOSFET හි කාණු වෝල්ට්-ඇම්පියර් ලක්ෂණ (ප්‍රතිදාන ලක්ෂණ): කැපුම් කලාපය (GTR හි කැපුම් කලාපයට අනුරූප); සන්තෘප්ත කලාපය (GTR හි විස්තාරණ කලාපයට අනුරූප); සංතෘප්ත නොවන කලාපය (GTR හි සංතෘප්ත කලාපයට අනුරූප වේ). බලය MOSFET ක්‍රියාත්මක වන්නේ මාරුවීමේ ප්‍රාන්තයේ, එනම්, එය කැපුම් කලාපය සහ සංතෘප්ත නොවන කලාපය අතර එහාට මෙහාට මාරු වේ. MOSFET බලයට කාණු-මූලාශ්‍ර පර්යන්ත අතර පරපෝෂිත ඩයෝඩයක් ඇති අතර, කාණු-ප්‍රභව පර්යන්ත අතර ප්‍රතිලෝම වෝල්ටීයතාවයක් යෙදූ විට උපාංගය සන්නයනය කරයි. MOSFET බලයේ රාජ්‍ය ප්‍රතිරෝධය ධනාත්මක උෂ්ණත්ව සංගුණකයක් ඇති අතර, උපාංග සමාන්තරව සම්බන්ධ වන විට ධාරාව සමාන කිරීම සඳහා හිතකර වේ.

 

1.3.2 ගතික ලක්ෂණ;

එහි පරීක්ෂණ පරිපථය සහ මාරු කිරීමේ ක්රියාවලිය තරංග ආකෘති.

හැරවුම් ක්රියාවලිය; හැරවීමේ ප්‍රමාද කාලය td(on) - ඉදිරිපස මොහොත සහ uGS = UT සහ iD දර්ශනය වීමට පටන් ගන්නා මොහොත අතර කාල සීමාව; නැගීමේ කාලය tr- uGS uT සිට MOSFET සංතෘප්ත නොවන කලාපයට ඇතුල් වන ගේට් වෝල්ටීයතා UGSP දක්වා ඉහළ යන කාල සීමාව; iD හි ස්ථායී අගය කාණු සැපයුම් වෝල්ටීයතාවය, UE සහ කාණු මගින් තීරණය කරනු ලැබේ UGSP හි විශාලත්වය iD හි ස්ථාවර අගයට සම්බන්ධ වේ. UGS UGSP වෙත ළඟා වූ පසු, එය ස්ථාවර තත්ත්වයට පත් වන තෙක් එය up හි ක්‍රියාකාරිත්වය යටතේ දිගටම ඉහළ යයි, නමුත් iD නොවෙනස්ව පවතී. සක්‍රිය කිරීමේ වේලාව ටොන්-හැරීමේ ප්‍රමාද කාලය සහ නැගීමේ වේලාවේ එකතුව.

 

Off delay time td(off) - iD ශුන්‍යයට වැටෙන අවස්ථාවේ සිට බිංදුව දක්වා අඩු වීමට පටන් ගන්නා කාල සීමාව, Cin Rs සහ RG හරහා මුදා හරින අතර uGS ඝාතීය වක්‍රයක් අනුව UGSP වෙත වැටේ.

 

පහත වැටෙන කාලය tf- uGS UGSP සහ iD වෙතින් uGS දිගටම පහත වැටීමේ සිට uGS <UT හි නාලිකාව අතුරුදහන් වන තෙක් සහ ID බිංදුවට වැටෙන තෙක් කාල සීමාව අඩු වේ. හැරවීමේ කාලය toff- හැරීමේ ප්‍රමාද කාලය සහ වැටීමේ වේලාවේ එකතුව.

 

1.3.3 MOSFET මාරු වීමේ වේගය.

MOSFET මාරු වීමේ වේගය සහ Cin ආරෝපණය කිරීම සහ විසර්ජනය කිරීම විශාල සම්බන්ධතාවයක් ඇත, පරිශීලකයාට Cin අඩු කළ නොහැක, නමුත් රියදුරු පරිපථයේ අභ්‍යන්තර ප්‍රතිරෝධය අඩු කළ හැකිය, කාල නියතය අඩු කිරීමට, මාරුවීමේ වේගය වේගවත් කිරීමට, MOSFET රඳා පවතින්නේ පොලිට්‍රොනික් සන්නායකතාවය මත පමණි. ඔලිගොට්‍රොනික් ගබඩා ආචරණයක් නොමැත, එබැවින් වසා දැමීමේ ක්‍රියාවලිය ඉතා වේගවත් වේ, 10-100ns මාරුවීමේ කාලය, මෙහෙයුම් සංඛ්‍යාතය 100kHz හෝ ඊට වැඩි විය හැක, ප්‍රධාන බලශක්ති ඉලෙක්ට්‍රොනික උපාංගවලින් ඉහළම වේ.

 

ක්ෂේත්‍ර පාලිත උපාංගවලට විවේකයේදී ආදාන ධාරාවක් අවශ්‍ය නොවේ. කෙසේ වෙතත්, මාරු කිරීමේ ක්රියාවලියේදී, ආදාන ධාරිත්රකය ආරෝපණය කර විසර්ජනය කිරීම අවශ්ය වේ, එය තවමත් නිශ්චිත ධාවන බලයක් අවශ්ය වේ. මාරුවීම් සංඛ්‍යාතය වැඩි වන තරමට අවශ්‍ය ධාවක බලය වැඩි වේ.

 

1.4 ගතික කාර්ය සාධනය වැඩි දියුණු කිරීම

උපාංගයේ වෝල්ටීයතාවය, ධාරාව, ​​සංඛ්‍යාතය සලකා බැලීම සඳහා උපාංගයේ යෙදුමට අමතරව, උපාංගය ආරක්ෂා කරන්නේ කෙසේද යන්න පිළිබඳ යෙදුම ප්‍රගුණ කළ යුතුය, හානියෙහි අස්ථිර වෙනස්කම් තුළ උපාංගය සිදු නොකිරීමට. ඇත්ත වශයෙන්ම තයිරිස්ටරය යනු බයිපෝලර් ට්‍රාන්සිස්ටර දෙකක එකතුවකි, විශාල ප්‍රදේශය නිසා විශාල ධාරණාවක් සමඟ සම්බන්ධ වී ඇත, එබැවින් එහි dv/dt හැකියාව වඩාත් අවදානමට ලක් වේ. di/dt සඳහා එය දිගු සන්නායක කලාපයේ ගැටලුවක් ද ඇත, එබැවින් එය තරමක් දැඩි සීමාවන් ද පනවා ඇත.

MOSFET බලයේ සිද්ධිය ඊට හාත්පසින්ම වෙනස් ය. එහි dv/dt සහ di/dt හැකියාව බොහෝ විට ඇස්තමේන්තු කරනු ලබන්නේ නැනෝ තත්පරයකට (ක්ෂුද්‍ර තත්පරයකට වඩා) හැකියාව අනුවය. නමුත් මෙය තිබියදීත්, එය ගතික කාර්ය සාධන සීමාවන් ඇත. බලය MOSFET හි මූලික ව්‍යුහය අනුව මේවා තේරුම් ගත හැකිය.

 

MOSFET බල ව්‍යුහය සහ ඊට අනුරූප සමාන පරිපථයකි. උපාංගයේ සෑම කොටසකම පාහේ ධාරිතාවට අමතරව, MOSFET සමාන්තරව සම්බන්ධ වූ ඩයෝඩයක් ඇති බව සැලකිය යුතුය. එක්තරා දෘෂ්ටි කෝණයකින්, පරපෝෂිත ට්රාන්සිස්ටරයක් ​​ද ඇත. (IGBT එකක පරපෝෂිත තයිරිස්ටරයක් ​​තියෙනවා වගේ). MOSFET වල ගතික හැසිරීම් අධ්‍යයනය කිරීමේදී මේවා වැදගත් සාධක වේ.

 

මුලින්ම MOSFET ව්‍යුහයට සවි කර ඇති අභ්‍යන්තර ඩයෝඩයට යම් හිම කුණාටු හැකියාවක් ඇත. මෙය සාමාන්‍යයෙන් තනි හිම කුණාටු හැකියාව සහ පුනරාවර්තන හිම කුණාටු හැකියාව අනුව ප්‍රකාශ වේ. ප්‍රතිලෝම di/dt විශාල වූ විට, ඩයෝඩය ඉතා වේගවත් ස්පන්දන ස්පයික් එකකට යටත් වන අතර, එය හිම කුණාටු කලාපයට ඇතුළු වීමේ හැකියාව ඇති අතර එහි හිම කුණාටු හැකියාව ඉක්මවා ගිය පසු උපාංගයට හානි කළ හැකිය. ඕනෑම PN සන්ධි ඩයෝඩයක් මෙන්, එහි ගතික ලක්ෂණ පරීක්ෂා කිරීම තරමක් සංකීර්ණ වේ. PN හන්දියක් ඉදිරි දිශාවට ගමන් කිරීම සහ ප්‍රතිලෝම දිශාවට අවහිර කිරීම යන සරල සංකල්පයට වඩා ඒවා බෙහෙවින් වෙනස් ය. ධාරාව ශීඝ්‍රයෙන් පහත වැටෙන විට, ඩයෝඩය ආපසු ප්‍රතිසාධන කාලය ලෙස හඳුන්වන කාල සීමාවක් සඳහා එහි ප්‍රතිලෝම අවහිර කිරීමේ හැකියාව නැති වේ. PN හන්දිය වේගයෙන් ගමන් කිරීමට අවශ්‍ය වන අතර ඉතා අඩු ප්‍රතිරෝධයක් නොපෙන්වන කාල පරිච්ඡේදයක් ද ඇත. බලය MOSFET තුළ ඩයෝඩයට ඉදිරියට එන්නත් කළ පසු, එන්නත් කරන ලද සුළුතර වාහකයන් ද MOSFET බහු ට්‍රොනික් උපාංගයක් ලෙස සංකීර්ණත්වයට එක් කරයි.

 

සංක්‍රාන්ති තත්ත්‍වයන් රේඛීය තත්ත්‍වයට සමීපව සම්බන්ධ වන අතර මෙම අංගය යෙදුමේදී ප්‍රමාණවත් අවධානයක් යොමු කළ යුතුය. අදාළ ගැටළු අවබෝධ කර ගැනීමට සහ විශ්ලේෂණයට පහසුකම් සැලසීම සඳහා උපාංගය පිළිබඳ ගැඹුරු දැනුමක් තිබීම වැදගත්ය.