ទិដ្ឋភាពទូទៅនៃ MOSFET

ថាមពល MOSFET ក៏ត្រូវបានបែងចែកទៅជាប្រភេទប្រសព្វ និងប្រភេទច្រកទ្វារដែលមានអ៊ីសូឡង់ផងដែរ ប៉ុន្តែជាធម្មតាសំដៅទៅលើប្រភេទទ្វារដែលមានអ៊ីសូឡង់ MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET) ដែលហៅថាថាមពល MOSFET (Power MOSFET)។ ត្រង់ស៊ីស្ទ័របែបផែនវាលថាមពលប្រភេទប្រសព្វ ជាទូទៅត្រូវបានគេហៅថា ត្រង់ស៊ីស្ទ័រអាំងឌុចស្យុងអេឡិចត្រូស្ទិច (ត្រង់ស៊ីស្ទ័រអាំងឌុចស្ទីកស្ទិក - SIT)។ វាត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយវ៉ុលច្រកទ្វារដើម្បីគ្រប់គ្រងចរន្តបង្ហូរ, សៀគ្វីដ្រាយគឺសាមញ្ញ, ត្រូវការថាមពលដ្រាយតិចតួច, ល្បឿនប្តូរលឿន, ប្រេកង់ប្រតិបត្តិការខ្ពស់, ស្ថេរភាពកំដៅគឺប្រសើរជាង។GTRប៉ុន្តែសមត្ថភាពបច្ចុប្បន្នរបស់វាគឺតូច វ៉ុលទាប ជាទូទៅអនុវត្តតែចំពោះថាមពលមិនលើសពី 10kW នៃឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចដែលមានថាមពល។

1. រចនាសម្ព័ន្ធថាមពល MOSFET និងគោលការណ៍ប្រតិបត្តិការ

ប្រភេទ MOSFET ថាមពល៖ យោងតាមឆានែលចរន្តអាចត្រូវបានបែងចែកជា P-channel និង N-channel ។ យោងទៅតាមទំហំវ៉ុលច្រកទ្វារអាចត្រូវបានបែងចែកទៅជា; ប្រភេទនៃការថយចុះ; នៅពេលដែលវ៉ុលច្រកទ្វារគឺសូន្យនៅពេលដែលបង្គោលប្រភពបង្ហូររវាងអត្ថិភាពនៃឆានែលចំហាយ, ធ្វើឱ្យប្រសើរឡើង; សម្រាប់ឧបករណ៍ឆានែល N (P) វ៉ុលច្រកគឺធំជាង (តិចជាង) សូន្យមុនពេលមានឆានែលដំណើរការថាមពល MOSFET ត្រូវបានពង្រឹងជាចម្បង N-channel ។

1.1 ថាមពលMOSFETរចនាសម្ព័ន្ធ　　

ថាមពល MOSFET រចនាសម្ព័ន្ធខាងក្នុង និងនិមិត្តសញ្ញាអគ្គិសនី; ចរន្តរបស់វាមានតែអ្នកដឹកជញ្ជូនប៉ូលមួយប៉ុណ្ណោះ (ប៉ូលី) ដែលពាក់ព័ន្ធនឹងចរន្តគឺត្រង់ស៊ីស្ទ័រ unipolar ។ យន្តការដំណើរការគឺដូចគ្នានឹង MOSFET ថាមពលទាបដែរ ប៉ុន្តែរចនាសម្ព័ន្ធមានភាពខុសគ្នាធំ MOSFET ថាមពលទាបគឺជាឧបករណ៍ចរន្តផ្តេក ដែលជាថាមពល MOSFET ភាគច្រើននៃរចនាសម្ព័ន្ធចរន្តបញ្ឈរដែលត្រូវបានគេស្គាល់ផងដែរថាជា VMOSFET (Vertical MOSFET) ដែលធ្វើអោយប្រសើរឡើងយ៉ាងខ្លាំងនូវតង់ស្យុងឧបករណ៍ MOSFET និងសមត្ថភាពទប់ទល់នឹងចរន្ត។

យោងតាមភាពខុសគ្នានៃរចនាសម្ព័ន្ធចរន្តបញ្ឈរ ប៉ុន្តែក៏បែងចែកទៅជាការប្រើប្រាស់ចង្អូររាងអក្សរ V ដើម្បីសម្រេចបាននូវចរន្តបញ្ឈរនៃ VVMOSFET និងមានរចនាសម្ព័ន្ធ MOSFET បញ្ឈរទ្វេរដងនៃ VDMOSFET (បញ្ឈរទ្វេរដង។MOSFET) ឯកសារនេះត្រូវបានពិភាក្សាជាចម្បងជាឧទាហរណ៍នៃឧបករណ៍ VDMOS ។

ថាមពល MOSFETs សម្រាប់រចនាសម្ព័ន្ធរួមបញ្ចូលគ្នាច្រើនដូចជា International Rectifier (International Rectifier) ​​HEXFET ដោយប្រើឯកតា hexagonal; Siemens (Siemens) SIPMOSFET ដោយប្រើឯកតាការ៉េ; Motorola (Motorola) TMOS ដោយប្រើឯកតារាងចតុកោណដោយការរៀបចំរាង "Pin" ។

1.2 គោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការថាមពល MOSFET

ការកាត់ផ្តាច់៖ រវាងបង្គោលប្រភពបង្ហូរ បូកនឹងការផ្គត់ផ្គង់ថាមពលវិជ្ជមាន បង្គោលច្រកប្រភពរវាងវ៉ុលគឺសូន្យ។ តំបន់ p មូលដ្ឋាន និងតំបន់រសាត់ N បង្កើតឡើងរវាង PN junction J1 លំអៀងបញ្ច្រាស គ្មានលំហូរចរន្តរវាងបង្គោលប្រភពបង្ហូរ។

ចរន្តអគ្គិសនី៖ ជាមួយនឹងវ៉ុលវិជ្ជមាន UGS ដែលត្រូវបានអនុវត្តរវាងស្ថានីយប្រភពច្រកទ្វារ ច្រកទ្វារត្រូវបានអ៊ីសូឡង់ ដូច្នេះគ្មានចរន្តច្រកចេញចូលទេ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ វ៉ុលវិជ្ជមាននៃច្រកទ្វារនឹងរុញរន្ធនៅក្នុង P-region ខាងក្រោមវា ហើយទាក់ទាញ oligons-electrons នៅក្នុង P-region ទៅកាន់ផ្ទៃ P-region ខាងក្រោមច្រកទ្វារ នៅពេលដែល UGS ធំជាង។ UT (វ៉ុលបើកឬវ៉ុលកម្រិត) ការប្រមូលផ្តុំអេឡិចត្រុងនៅលើផ្ទៃ P នៅក្រោមច្រកទ្វារនឹងមានច្រើនជាងការប្រមូលផ្តុំនៃរន្ធដូច្នេះ P-type semiconductor ដាក់បញ្ច្រាសទៅជា N-type ហើយក្លាយជាស្រទាប់ដាក់បញ្ច្រាស ហើយស្រទាប់ដាក់បញ្ច្រាសបង្កើតជា N-channel ហើយធ្វើឱ្យ PN junction J1 បាត់ បង្ហូរ និងប្រភពចរន្ត។

1.3 លក្ខណៈជាមូលដ្ឋាននៃថាមពល MOSFETs

1.3.1 លក្ខណៈឋិតិវន្ត។

ទំនាក់ទំនងរវាង ID បច្ចុប្បន្នបង្ហូរ និងវ៉ុល UGS រវាងប្រភពច្រកត្រូវបានគេហៅថា លក្ខណៈផ្ទេរនៃ MOSFET លេខសម្គាល់ធំជាង ទំនាក់ទំនងរវាង ID និង UGS គឺប្រហែលលីនេអ៊ែរ ហើយជម្រាលនៃខ្សែកោងត្រូវបានកំណត់ថាជា transconductance Gfs .

លក្ខណៈ volt-ampere បង្ហូរ (លក្ខណៈទិន្នផល) នៃ MOSFET: តំបន់កាត់ (ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងតំបន់កាត់នៃ GTR); តំបន់តិត្ថិភាព (ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងតំបន់ពង្រីកនៃ GTR); តំបន់មិនឆ្អែត (ដែលត្រូវនឹងតំបន់តិត្ថិភាពនៃ GTR) ។ ថាមពល MOSFET ដំណើរការក្នុងស្ថានភាពប្តូរ ពោលគឺវាប្តូរទៅមករវាងតំបន់កាត់ និងតំបន់មិនតិត្ថិភាព។ ថាមពល MOSFET មាន diode ប៉ារ៉ាស៊ីតរវាងស្ថានីយប្រភពបង្ហូរ ហើយឧបករណ៍ដំណើរការនៅពេលដែលតង់ស្យុងបញ្ច្រាសត្រូវបានអនុវត្តរវាងស្ថានីយប្រភពបង្ហូរ។ ធន់ទ្រាំនឹងរដ្ឋនៃថាមពល MOSFET មានមេគុណសីតុណ្ហភាពវិជ្ជមាន ដែលអំណោយផលសម្រាប់ការធ្វើឱ្យស្មើគ្នានៃចរន្តនៅពេលដែលឧបករណ៍ត្រូវបានភ្ជាប់ស្របគ្នា។

1.3.2 លក្ខណៈថាមវន្ត;

សៀគ្វីសាកល្បងរបស់វា និងការផ្លាស់ប្តូរទម្រង់រលកនៃដំណើរការ។

ដំណើរការបើក; ពេលវេលាពន្យាពេលបើកដំណើរការ td (បើក) - រយៈពេលរវាងពេលខាងមុខ និងពេលដែល uGS = UT និង iD ចាប់ផ្តើមលេចឡើង។ ពេលវេលាកើនឡើង tr- រយៈពេលដែល uGS កើនឡើងពី uT ទៅវ៉ុលច្រកទ្វារ UGSP ដែល MOSFET ចូលទៅក្នុងតំបន់មិនឆ្អែត; តម្លៃនៃស្ថានភាពស្ថិរភាពនៃ iD ត្រូវបានកំណត់ដោយវ៉ុលផ្គត់ផ្គង់បង្ហូរ UE និងបង្ហូរ ទំហំនៃ UGSP ទាក់ទងនឹងតម្លៃស្ថិរភាពនៃ iD ។ បន្ទាប់ពី UGS ឈានដល់ UGSP វាបន្តកើនឡើងក្រោមសកម្មភាពរហូតដល់វាឈានដល់ស្ថានភាពស្ថិរភាព ប៉ុន្តែ iD មិនផ្លាស់ប្តូរទេ។ ពេលវេលាបើក ton-ផលបូកនៃពេលវេលាពន្យាពេលបើក និងពេលវេលាកើនឡើង។

ពេលវេលាពន្យាពេលបិទ td (បិទ) - ពេលវេលាដែល iD ចាប់ផ្តើមថយចុះដល់សូន្យ ពីពេលឡើងចុះដល់សូន្យ Cin ត្រូវបានរំសាយចេញតាមរយៈ Rs និង RG ហើយ uGS ធ្លាក់ទៅ UGSP យោងទៅតាមខ្សែកោងអិចស្ប៉ូណង់ស្យែល។

ពេលវេលាធ្លាក់ចុះ tf- រយៈពេលពីពេលដែល uGS បន្តធ្លាក់ចុះពី UGSP ហើយ iD ថយចុះរហូតដល់ឆានែលបាត់នៅ uGS < UT ហើយ ID ធ្លាក់ដល់សូន្យ។ ពេលវេលាបិទបើក- ផលបូកនៃពេលវេលាពន្យាពេលបិទ និងពេលវេលាធ្លាក់។

1.3.3 ល្បឿនប្តូរ MOSFET ។

ល្បឿនប្តូរ MOSFET និង Cin charging និង discharge មានទំនាក់ទំនងល្អ អ្នកប្រើប្រាស់មិនអាចកាត់បន្ថយ Cin បានទេ ប៉ុន្តែអាចកាត់បន្ថយសៀគ្វីបើកបរ ធន់ទ្រាំខាងក្នុង Rs ដើម្បីកាត់បន្ថយពេលវេលាថេរ បង្កើនល្បឿនប្តូរ MOSFET ពឹងផ្អែកតែលើចរន្ត polytronic ប៉ុណ្ណោះ។ មិនមានប្រសិទ្ធិភាពការផ្ទុក oligotronic ទេហើយដូច្នេះដំណើរការបិទដំណើរការលឿនណាស់ ពេលវេលាប្តូរ 10-100ns ប្រេកង់ប្រតិបត្តិការអាចឡើងដល់ 100kHz ឬច្រើនជាងនេះ គឺជាឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចដែលមានថាមពលខ្ពស់បំផុត។

ឧបករណ៍ដែលគ្រប់គ្រងដោយវាលត្រូវការស្ទើរតែគ្មានចរន្តបញ្ចូលនៅពេលសម្រាក។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការប្តូរ កុងតាក់បញ្ចូលត្រូវបញ្ចូលភ្លើង និងរំសាយចេញ ដែលនៅតែត្រូវការបរិមាណជាក់លាក់នៃថាមពលបើកបរ។ ប្រេកង់ប្តូរកាន់តែខ្ពស់ ថាមពលដ្រាយកាន់តែច្រើនដែលត្រូវការ។

1.4 ការកែលម្អការអនុវត្តថាមវន្ត

បន្ថែមពីលើកម្មវិធីឧបករណ៍ដើម្បីពិចារណាវ៉ុលឧបករណ៍, បច្ចុប្បន្ន, ប្រេកង់, ប៉ុន្តែក៏ត្រូវតែស្ទាត់ជំនាញក្នុងកម្មវិធីនៃរបៀបការពារឧបករណ៍, មិនដើម្បីធ្វើឱ្យឧបករណ៍នៅក្នុងការផ្លាស់ប្តូរបណ្តោះអាសន្ននៅក្នុងការខូចខាត។ ជាការពិតណាស់ thyristor គឺជាការរួមបញ្ចូលគ្នានៃ transistor bipolar ពីរ គួបផ្សំជាមួយនឹង capacitance ដ៏ធំ ដោយសារតែផ្ទៃធំ ដូច្នេះសមត្ថភាព dv/dt របស់វាកាន់តែងាយរងគ្រោះ។ សម្រាប់ di/dt វាក៏មានបញ្ហាតំបន់ conduction ផងដែរ ដូច្នេះវាក៏ដាក់កម្រិតធ្ងន់ធ្ងរផងដែរ។

ករណីនៃថាមពល MOSFET គឺខុសគ្នាខ្លាំង។ សមត្ថភាព dv/dt និង di/dt របស់វាត្រូវបានប៉ាន់ប្រមាណជាញឹកញយទាក់ទងនឹងសមត្ថភាពក្នុងមួយណាណូវិនាទី (ជាជាងក្នុងមួយមីក្រូវិនាទី)។ ប៉ុន្តែបើទោះបីជានេះ, វាមានដែនកំណត់ការអនុវត្តថាមវន្ត។ ទាំងនេះអាចត្រូវបានយល់នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃរចនាសម្ព័ន្ធមូលដ្ឋាននៃ MOSFET ថាមពលមួយ។

រចនាសម្ព័ន្ធនៃថាមពល MOSFET និងសៀគ្វីសមមូលដែលត្រូវគ្នា។ បន្ថែមពីលើ capacitance នៅស្ទើរតែគ្រប់ផ្នែកនៃឧបករណ៍វាត្រូវតែត្រូវបានចាត់ទុកថា MOSFET មាន diode តភ្ជាប់ស្របគ្នា។ តាមទស្សនៈជាក់លាក់មួយក៏មានត្រង់ស៊ីស្ទ័រប៉ារ៉ាស៊ីតផងដែរ។ (ដូចគ្នានឹង IGBT ក៏មាន thyristor ប៉ារ៉ាស៊ីតដែរ) ។ ទាំងនេះគឺជាកត្តាសំខាន់ក្នុងការសិក្សាអំពីឥរិយាបថថាមវន្តរបស់ MOSFETs ។

ជាដំបូង ឌីយ៉ូតខាងក្នុងដែលភ្ជាប់ទៅនឹងរចនាសម្ព័ន្ធ MOSFET មានសមត្ថភាពអាចបក់បោកបាន។ នេះជាធម្មតាត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃសមត្ថភាព avalanche តែមួយ និងសមត្ថភាព avalanche ដដែលៗ។ នៅពេលដែល di/dt បញ្ច្រាសមានទំហំធំ ឌីអេដត្រូវបានទទួលរងនូវការកើនឡើងនៃជីពចរដែលលឿនខ្លាំង ដែលមានសក្តានុពលក្នុងការចូលទៅក្នុងតំបន់ avalanche និងអាចបំផ្លាញឧបករណ៍នៅពេលដែលសមត្ថភាព avalanche របស់វាលើស។ ដូចទៅនឹង PN junction diode ដែរ ការពិនិត្យមើលលក្ខណៈថាមវន្តរបស់វាគឺស្មុគស្មាញណាស់។ ពួកវាខុសគ្នាខ្លាំងពីគំនិតសាមញ្ញនៃប្រសព្វ PN ដែលដឹកនាំក្នុងទិសដៅទៅមុខ និងទប់ស្កាត់ក្នុងទិសដៅបញ្ច្រាស។ នៅពេលដែលចរន្តធ្លាក់ចុះយ៉ាងឆាប់រហ័ស ឌីយ៉ូតបាត់បង់សមត្ថភាពទប់ស្កាត់បញ្ច្រាសរបស់វាក្នុងរយៈពេលដែលគេស្គាល់ថាជាពេលវេលានៃការស្តារឡើងវិញ។ វាក៏មានកំឡុងពេលដែលប្រសព្វ PN តម្រូវឱ្យដំណើរការយ៉ាងឆាប់រហ័ស និងមិនបង្ហាញពីភាពធន់ទាបខ្លាំង។ នៅពេលដែលមានការចាក់បញ្ចូលទៅក្នុង diode នៅក្នុង MOSFET ដែលមានថាមពល អ្នកដឹកជញ្ជូនជនជាតិភាគតិចដែលបានចាក់ក៏បន្ថែមភាពស្មុគស្មាញនៃ MOSFET ជាឧបករណ៍ multitronic ផងដែរ។

លក្ខខណ្ឌបណ្តោះអាសន្នគឺទាក់ទងយ៉ាងជិតស្និទ្ធទៅនឹងលក្ខខណ្ឌបន្ទាត់ ហើយទិដ្ឋភាពនេះគួរតែត្រូវបានផ្តល់ការយកចិត្តទុកដាក់គ្រប់គ្រាន់នៅក្នុងកម្មវិធី។ វាមានសារៈសំខាន់ណាស់ក្នុងការមានចំណេះដឹងស៊ីជម្រៅអំពីឧបករណ៍ ដើម្បីជួយសម្រួលដល់ការយល់ដឹង និងការវិភាគអំពីបញ្ហាដែលត្រូវគ្នា។