MOSFET công suất cũng được chia thành loại tiếp giáp và loại cổng cách điện, nhưng thường chủ yếu đề cập đến loại MOSFET cổng cách điện (FET bán dẫn oxit kim loại), được gọi là MOSFET công suất (MOSFE công suất). Transistor hiệu ứng trường điện loại tiếp giáp thường được gọi là Transistor cảm ứng tĩnh điện (Static Induction Transistor - SIT). Nó được đặc trưng bởi điện áp cổng để điều khiển dòng thoát, mạch điều khiển đơn giản, đòi hỏi ít công suất truyền động, tốc độ chuyển mạch nhanh, tần số hoạt động cao, ổn định nhiệt tốt hơn so vớiGTR, nhưng công suất hiện tại của nó nhỏ, điện áp thấp, thường chỉ áp dụng cho công suất không quá 10kW của các thiết bị điện tử công suất.
1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của MOSFET điện
Các loại MOSFET công suất: theo kênh dẫn điện có thể được chia thành kênh P và kênh N. Theo biên độ điện áp cổng có thể được chia thành; loại cạn kiệt; khi điện áp cổng bằng 0 khi cực nguồn thoát giữa sự tồn tại của kênh dẫn, được tăng cường; đối với thiết bị kênh N (P), điện áp cổng lớn hơn (nhỏ hơn) 0 trước khi tồn tại kênh dẫn, MOSFET công suất chủ yếu được tăng cường kênh N.
1.1 Nguồn điệnMOSFETkết cấu
Cấu trúc bên trong MOSFET điện và ký hiệu điện; sự dẫn truyền của nó chỉ có một chất mang phân cực (polys) tham gia vào chất dẫn điện, là một bóng bán dẫn đơn cực. Cơ chế dẫn điện cũng giống như MOSFET công suất thấp nhưng cấu trúc có sự khác biệt lớn, MOSFET công suất thấp là thiết bị dẫn điện nằm ngang, MOSFET công suất hầu hết là cấu trúc dẫn điện dọc hay còn gọi là VMOSFET (MOSFET dọc) , giúp cải thiện đáng kể khả năng chịu được điện áp và dòng điện của thiết bị MOSFET.
Theo sự khác biệt về cấu trúc dẫn điện dọc, nhưng cũng được chia thành việc sử dụng rãnh hình chữ V để đạt được độ dẫn thẳng đứng của VVMOSFET và có cấu trúc MOSFET khuếch tán kép dẫn điện dọc của VDMOSFET (Khuếch tán kép dọcMOSFET), bài viết này chủ yếu được thảo luận như một ví dụ về thiết bị VDMOS.
MOSFET cấp nguồn cho nhiều cấu trúc tích hợp, chẳng hạn như Bộ chỉnh lưu quốc tế (Bộ chỉnh lưu quốc tế) HEXFET sử dụng khối lục giác; Siemens (Siemens) SIPMOSFET sử dụng đơn vị hình vuông; Motorola (Motorola) TMOS sử dụng khối hình chữ nhật theo cách sắp xếp hình dạng “Pin”.
1.2 Nguyên lý hoạt động của MOSFET nguồn
Điểm cắt: giữa các cực nguồn thoát cộng với nguồn điện dương, các cực cổng nguồn giữa điện áp bằng không. Vùng bazơ p và vùng trôi N hình thành giữa tiếp giáp PN J1 phân cực ngược, không có dòng điện chạy qua giữa hai cực nguồn-cống.
Độ dẫn điện: Với UGS điện áp dương được đặt giữa các cực nguồn cổng, cổng được cách điện, do đó không có dòng điện qua cổng. Tuy nhiên, điện áp dương của cổng sẽ đẩy các lỗ trống trong vùng P bên dưới nó và hút các electron oligon trong vùng P lên bề mặt 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 lớn hơn nồng độ lỗ trống, do đó chất bán dẫn loại P nghịch đảo thành loại N và trở thành một lớp đảo ngược và lớp đảo ngược tạo thành kênh N và làm cho điểm nối PN J1 biến mất, cống và nguồn dẫn điện.
1.3 Đặc điểm cơ bản của MOSFET công suất
1.3.1 Đặc tính tĩnh.
Mối quan hệ giữa ID dòng thoát và UGS điện áp giữa nguồn cổng được gọi là đặc tính truyền của MOSFET, ID lớn hơn, mối quan hệ giữa ID và UGS xấp xỉ tuyến tính và độ dốc của đường cong được xác định là độ dẫn điện Gfs .
Đặc tính volt-ampe cống (đặc tính đầu ra) của MOSFET: vùng cắt (tương ứng với vùng cắt của GTR); vùng bão hòa (tương ứng với vùng khuếch đại của GTR); vùng không bão hòa (tương ứng với vùng bão hòa của GTR). MOSFET công suất hoạt động ở trạng thái chuyển mạch, tức là nó chuyển đổi qua lại giữa vùng cắt và vùng không bão hòa. MOSFET nguồn có một diode ký sinh giữa các cực của nguồn thoát và thiết bị sẽ hoạt động khi đặt điện áp ngược vào giữa các cực của nguồn thoát. Điện trở ở trạng thái bật của MOSFET nguồn có hệ số nhiệt độ dương, thuận lợi cho việc cân bằng dòng điện khi các thiết bị được kết nối song song.
1.3.2 Đặc tính động;
mạch thử nghiệm của nó và dạng sóng quá trình chuyển đổi.
Quá trình bật; thời gian trễ bật td(on) - khoảng thời gian từ thời điểm khởi động đến thời điểm uGS = UT và iD bắt đầu xuất hiện; thời gian tăng tr- khoảng thời gian khi uGS tăng từ uT đến điện áp cổng UGSP mà tại đó MOSFET đi vào vùng không bão hòa; giá trị trạng thái ổn định của iD được xác định bởi điện áp cung cấp cống, UE và cống. Độ lớn của UGSP có 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. Tấn thời gian bật-Tổng thời gian trễ bật và thời gian tăng.
Thời gian trễ tắt td(off) - Khoảng thời gian iD bắt đầu giảm về 0 kể từ thời điểm up rơi về 0, Cin được phóng điện qua Rs và RG, còn uGS rơi xuống UGSP theo đường cong hàm mũ.
Thời gian rơi tf- Khoảng thời gian kể từ khi uGS tiếp tục giảm từ UGSP và iD giảm cho đến khi kênh biến mất tại uGS < UT và ID giảm về 0. Thời gian tắt tắt- Tổng thời gian trễ tắt và thời gian rơi.
1.3.3 Tốc độ chuyển mạch MOSFET.
Tốc độ chuyển mạch MOSFET và sạc và xả Cin có mối quan hệ rất lớn, người dùng không thể giảm Cin, nhưng có thể giảm điện trở trong của mạch điều khiển R để giảm hằng số thời gian, để tăng tốc độ chuyển mạch, MOSFET chỉ dựa vào độ dẫn đa điện tử, không có hiệu ứng lưu trữ oligotronic, do đó quá trình tắt máy diễn ra rất nhanh, thời gian chuyển mạch từ 10 - 100ns, tần số hoạt động có thể lên tới 100kHz trở lên, là mức cao nhất trong số các thiết bị điện tử công suất chính.
Các thiết bị điều khiển tại hiện trường hầu như không yêu cầu dòng điện đầu vào ở trạng thái nghỉ. Tuy nhiên, trong quá trình chuyển mạch, tụ điện đầu vào cần được sạc và xả, điều này vẫn cần một lượng điện năng điều khiển nhất định. Tần số chuyển mạch càng cao thì công suất ổ đĩa cần thiết càng lớn.
1.4 Cải thiện hiệu suất động
Ngoài việc ứng dụng thiết bị phải xem xét điện áp, dòng điện, tần số của thiết bị mà còn phải nắm vững cách ứng dụng để bảo vệ thiết bị, không để thiết bị rơi vào tình trạng thay đổi nhất thời dẫn đến hư hỏng. Tất nhiên thyristor là sự kết hợp của hai bóng bán dẫn lưỡng cực, kết hợp với điện dung lớn do diện tích lớn nên khả năng dv/dt của nó dễ bị tổn thương hơn. Đối với di/dt nó cũng có vấn đề về vùng dẫn mở rộng nên nó cũng đặt ra những hạn chế khá nghiêm trọng.
Trường hợp của MOSFET công suất lại hoàn toàn khác. Khả năng dv/dt và di/dt của nó thường được ước tính dưới dạng khả năng trên mỗi nano giây (chứ không phải trên micro giây). Nhưng bất chấp điều này, nó có những hạn chế về hiệu suất động. Những điều này có thể được hiểu theo cấu trúc cơ bản của MOSFET công suất.
Cấu trúc của MOSFET công suất và mạch tương đương tương ứng của nó. Ngoài điện dung ở hầu hết mọi bộ phận của thiết bị, phải xem xét rằng MOSFET có một diode được mắc song song. Ở một góc độ nào đó, cũng có một bóng bán dẫn ký sinh. (Giống như IGBT cũng có thyristor ký sinh). Đây là những yếu tố quan trọng trong việc nghiên cứu đặc tính động của MOSFET.
Trước hết, diode nội tại gắn với cấu trúc MOSFET có khả năng xảy ra tuyết lở. Điều này thường được thể hiện dưới dạng khả năng tuyết lở đơn lẻ và khả năng tuyết lở lặp đi lặp lại. Khi di/dt ngược lớn, diode phải chịu xung tăng đột biến rất nhanh, có khả năng đi vào vùng tuyết lở và có khả năng làm hỏng thiết bị khi vượt quá khả năng tuyết lở. Giống như bất kỳ diode tiếp giáp PN nào, việc xem xét kỹ lưỡng các đặc tính động của nó khá phức tạp. Chúng rất khác với khái niệm đơn giản về đường giao nhau PN dẫn theo hướng thuận và chặn theo hướng ngược lại. Khi dòng điện giảm nhanh, diode sẽ mất khả năng chặn ngược trong một khoảng thời gian được gọi là thời gian phục hồi ngược. cũng có một khoảng thời gian mà điểm nối PN được yêu cầu dẫn điện nhanh và không có điện trở quá thấp. Khi có sự đưa tín hiệu chuyển tiếp vào diode trong MOSFET công suất, các sóng mang thiểu số được đưa vào cũng làm tăng thêm độ phức tạp của MOSFET như một thiết bị đa điện tử.
Các điều kiện nhất thời có liên quan chặt chẽ với các điều kiện đường dây và khía cạnh này cần được quan tâm đầy đủ trong ứng dụng. Điều quan trọng là phải có kiến thức chuyên sâu về thiết bị để tạo điều kiện cho việc hiểu và phân tích các vấn đề tương ứng.
Thời gian đăng: 18-04-2024
