نمای کلی ماسفت

ماسفت برقی نیز به نوع اتصال و نوع دروازه عایق تقسیم می شود، اما معمولاً به نوع دروازه عایق ماسفت (FET نیمه هادی اکسید فلزی) اشاره دارد که به عنوان ماسفت قدرت (مسفت برقی) شناخته می شود. ترانزیستور اثر میدان قدرت نوع اتصال به طور کلی ترانزیستور القایی الکترواستاتیک (Static Induction Transistor - SIT) نامیده می شود. با ولتاژ دروازه برای کنترل جریان تخلیه مشخص می شود، مدار درایو ساده است، به قدرت درایو کمی نیاز دارد، سرعت سوئیچینگ سریع، فرکانس کاری بالا، پایداری حرارتی بهتر ازGTR، اما ظرفیت فعلی آن کوچک است، ولتاژ پایین، به طور کلی فقط برای قدرت بیش از 10 کیلو وات دستگاه های الکترونیکی قدرت اعمال می شود.

 

1. ساختار و اصل عملکرد ماسفت قدرت

انواع ماسفت برقی: با توجه به کانال رسانا می توان به کانال P و کانال N تقسیم کرد. با توجه به گیت دامنه ولتاژ را می توان به تقسیم کرد. نوع تخلیه؛ هنگامی که ولتاژ دروازه صفر است که قطب منبع تخلیه بین وجود یک کانال رسانا، افزایش یافته است. برای دستگاه کانال N (P)، ولتاژ گیت قبل از وجود یک کانال رسانا بیشتر از (کمتر از) صفر است، ماسفت قدرت عمدتاً کانال N افزایش یافته است.

 

1.1 قدرتماسفتساختار　　

ساختار داخلی ماسفت قدرت و نمادهای الکتریکی. هدایت آن تنها یک حامل قطبی (پلی) درگیر در رسانا، یک ترانزیستور تک قطبی است. مکانیسم رسانا همان ماسفت کم مصرف است، اما ساختار تفاوت زیادی دارد، ماسفت کم مصرف یک دستگاه رسانای افقی است، ماسفت قدرت اکثر ساختار رسانای عمودی، همچنین به عنوان VMOSFET (ماسفت عمودی) شناخته می شود. که قابلیت تحمل ولتاژ و جریان دستگاه ماسفت را تا حد زیادی بهبود می بخشد.

 

با توجه به تفاوت در ساختار رسانا عمودی، بلکه به استفاده از شیار V شکل برای دستیابی به رسانایی عمودی VVMOSFET و دارای ساختار ماسفت دو پراکنده رسانا عمودی از VDMOSFET (عمودی دو پراکنده) تقسیم می شود.ماسفت، این مقاله عمدتاً به عنوان نمونه ای از دستگاه های VDMOS مورد بحث قرار می گیرد.

 

ماسفت های قدرت برای ساختارهای یکپارچه چندگانه، مانند یکسو کننده بین المللی (یکسو کننده بین المللی) HEXFET با استفاده از یک واحد شش ضلعی. زیمنس (زیمنس) SIPMOSFET با استفاده از واحد مربع. موتورولا (Motorola) TMOS با استفاده از یک واحد مستطیلی با آرایش شکل "Pin".

 

1.2 اصل کار ماسفت قدرت

قطع: بین قطب های منبع تخلیه به اضافه منبع تغذیه مثبت، قطب های منبع دروازه بین ولتاژ صفر است. منطقه پایه p و منطقه رانش N بین اتصال PN J1 بایاس معکوس تشکیل شده است، هیچ جریانی بین قطب‌های منبع تخلیه وجود ندارد.

رسانایی: با اعمال یک ولتاژ مثبت UGS بین پایانه های منبع دروازه، گیت عایق است، بنابراین هیچ جریان دروازه ای جریان نمی یابد. با این حال، ولتاژ مثبت دروازه، حفره‌های ناحیه P زیر آن را از بین می‌برد و الیگون-الکترون‌ها در ناحیه P را به سطح ناحیه P زیر دروازه جذب می‌کند، زمانی که UGS بزرگتر از UT (ولتاژ روشن یا ولتاژ آستانه)، غلظت الکترون ها در سطح ناحیه P زیر دروازه بیشتر از غلظت حفره ها خواهد بود، به طوری که نیمه هادی نوع P به نوع N معکوس می شود و تبدیل می شود. یک لایه معکوس، و لایه وارونه یک کانال N را تشکیل می دهد و باعث می شود که اتصال PN J1 ناپدید شود، تخلیه و منبع رسانا شود.

 

1.3 ویژگی های اساسی ماسفت های قدرتی

1.3.1 ویژگی های استاتیک.

رابطه بین شناسه جریان تخلیه و UGS ولتاژ بین منبع دروازه را مشخصه انتقال ماسفت می نامند، ID بزرگتر است، رابطه بین ID و UGS تقریباً خطی است و شیب منحنی به عنوان رسانایی Gfs تعریف می شود. .

 

مشخصات ولتاژ آمپر تخلیه (مشخصات خروجی) ماسفت: ناحیه قطع (مرتبط با منطقه قطع GTR). ناحیه اشباع (مرتبط با منطقه تقویت GTR)؛ ناحیه غیر اشباع (مرتبط با ناحیه اشباع GTR). ماسفت برق در حالت سوئیچینگ کار می کند، یعنی بین ناحیه قطع و ناحیه غیر اشباع سوئیچ می کند. ماسفت برق دارای یک دیود انگلی بین پایانه های منبع تخلیه است و هنگامی که ولتاژ معکوس بین پایانه های منبع تخلیه اعمال می شود، دستگاه هدایت می شود. مقاومت در حالت روشن ماسفت قدرت دارای ضریب دمایی مثبت است که برای یکسان سازی جریان هنگام اتصال موازی دستگاه ها مطلوب است.

 

1.3.2 شخصیت پردازی پویا.

مدار تست آن و شکل موج فرآیند سوئیچینگ.

فرآیند روشن کردن؛ زمان تأخیر روشن کردن td(روشن) - دوره زمانی بین لحظه جلو و لحظه ای که uGS = UT و iD شروع به ظاهر شدن می کند. افزایش زمان tr- دوره زمانی که uGS از uT به ولتاژ گیت UGSP که در آن ماسفت وارد ناحیه غیر اشباع می شود افزایش می یابد. مقدار حالت پایدار iD توسط ولتاژ تغذیه تخلیه، UE، و تخلیه تعیین می شود. بزرگی UGSP به مقدار حالت پایدار iD مربوط می شود. پس از اینکه UGS به UGSP رسید، تحت عمل up تا زمانی که به حالت پایدار برسد به بالا رفتن ادامه می‌دهد، اما ID بدون تغییر است. زمان روشن شدن تن-مجموع زمان تأخیر روشن شدن و زمان افزایش.

 

زمان تأخیر خاموش td(خاموش) - دوره زمانی که iD شروع به کاهش به صفر می‌کند از زمان بالا به صفر می‌رسد، Cin از طریق Rs و RG تخلیه می‌شود، و uGS طبق یک منحنی نمایی به UGSP می‌افتد.

 

زمان سقوط tf- دوره زمانی از زمانی که uGS همچنان از UGSP سقوط می کند و iD کاهش می یابد تا زمانی که کانال در uGS < UT ناپدید شود و ID به صفر می رسد. خاموش کردن زمان خاموش - مجموع زمان تاخیر خاموش و زمان سقوط.

 

1.3.3 سرعت سوئیچینگ ماسفت.

سرعت سوئیچینگ ماسفت و شارژ و دشارژ سین رابطه بسیار خوبی دارد، کاربر نمی تواند Cin را کاهش دهد، اما می تواند مقاومت داخلی مدار رانندگی Rs را کاهش دهد تا ثابت زمان را کاهش دهد، برای سرعت بخشیدن به سرعت سوئیچینگ، ماسفت تنها بر رسانایی پلی ترونیک تکیه می کند. هیچ اثر ذخیره سازی الیگوترونیک وجود ندارد و بنابراین فرآیند خاموش شدن بسیار سریع است، زمان سوئیچینگ 10-100 ثانیه، فرکانس کاری می تواند تا 100 کیلوهرتز یا بیشتر باشد، بالاترین دستگاه الکترونیکی قدرت اصلی است.

 

دستگاه های کنترل شده در میدان تقریباً به هیچ جریان ورودی در حالت سکون نیاز ندارند. با این حال، در طول فرآیند سوئیچینگ، خازن ورودی نیاز به شارژ و دشارژ دارد، که همچنان به مقدار مشخصی از قدرت محرکه نیاز دارد. هر چه فرکانس سوئیچینگ بیشتر باشد، قدرت درایو مورد نیاز بیشتر است.

 

1.4 بهبود عملکرد پویا

علاوه بر برنامه دستگاه، ولتاژ، جریان، فرکانس دستگاه را در نظر بگیرید، بلکه باید در کاربرد نحوه محافظت از دستگاه تسلط داشته باشید، نه اینکه دستگاه را در تغییرات گذرا در آسیب ایجاد کنید. البته تریستور ترکیبی از دو ترانزیستور دوقطبی است که به دلیل مساحت زیاد با ظرفیت زیادی همراه است، بنابراین قابلیت dv/dt آن آسیب پذیرتر است. برای di/dt همچنین دارای یک مشکل ناحیه هدایت گسترده است، بنابراین محدودیت های بسیار شدیدی را نیز اعمال می کند.

مورد ماسفت برقی کاملاً متفاوت است. قابلیت dv/dt و di/dt آن اغلب بر حسب قابلیت در هر نانوثانیه (به جای میکروثانیه) تخمین زده می شود. اما با وجود این، محدودیت های عملکرد پویا دارد. اینها را می توان از نظر ساختار اصلی یک ماسفت قدرتی درک کرد.

 

ساختار یک ماسفت قدرت و مدار معادل مربوط به آن. علاوه بر ظرفیت تقریباً در هر قسمت از دستگاه، باید در نظر داشت که ماسفت دارای یک دیود به صورت موازی است. از یک دیدگاه خاص، یک ترانزیستور انگلی نیز وجود دارد. (همانطور که یک IGBT یک تریستور انگلی نیز دارد). اینها عوامل مهمی در مطالعه رفتار دینامیکی ماسفت ها هستند.

 

اول از همه، دیود ذاتی متصل به ساختار ماسفت دارای قابلیت ریزش بهمن است. این معمولاً در قالب قابلیت تک بهمن و قابلیت بهمن تکراری بیان می شود. هنگامی که معکوس di/dt بزرگ است، دیود در معرض یک پالس پالس بسیار سریع قرار می گیرد، که این پتانسیل را دارد که وارد منطقه بهمن شده و به طور بالقوه دستگاه را پس از فراتر رفتن از قابلیت ریزش بهمن آسیب برساند. مانند هر دیود اتصال PN، بررسی ویژگی های دینامیکی آن بسیار پیچیده است. آنها با مفهوم ساده اتصال PN که در جهت رو به جلو هدایت می شوند و در جهت معکوس مسدود می شوند بسیار متفاوت هستند. هنگامی که جریان به سرعت کاهش می یابد، دیود قابلیت مسدود کردن معکوس خود را برای یک دوره زمانی که به عنوان زمان بازیابی معکوس شناخته می شود، از دست می دهد. همچنین یک دوره زمانی وجود دارد که اتصال PN باید به سرعت انجام شود و مقاومت بسیار کمی از خود نشان نمی دهد. هنگامی که در یک ماسفت برقی تزریق به سمت دیود به جلو انجام می شود، حامل های اقلیت تزریق شده نیز به پیچیدگی ماسفت به عنوان یک دستگاه مولتی ترونیک می افزایند.

 

شرایط گذرا ارتباط نزدیکی با شرایط خط دارد و این جنبه باید در برنامه مورد توجه کافی قرار گیرد. داشتن دانش عمیق از دستگاه به منظور تسهیل درک و تجزیه و تحلیل مشکلات مربوطه مهم است.