Mosfet - kaj je to? Strukturne in tehnološke značilnosti

V tem članku boste izvedeli o elementu, kot je mosfet. Kaj je, katere lastnosti, za katere se uporablja v sodobni elektroniki, bodo opisane v nadaljevanju. Na voljo sta dve vrsti tranzistorjev moči - MOSFET in IGBT. Uporabljajo se v močnostnih impulznih pretvornikih - pretvornikih, napajalnikih. Treba je upoštevati vse značilnosti teh elementov.

Osnovne informacije

Treba je opozoriti, da IGBT in MOSFET tranzistorji lahko zelo obremenijo tovora. Ob vsem tem bo naprava zelo majhna. Učinkovitost tranzistorjev presega 95%. Mospets in IGBT imajo eno skupno značilnost: imata zapirala izolirane, Posledica tega so podobni kontrolni parametri. Temperaturni koeficient je negativen za te naprave, kar omogoča izdelavo tranzistorjev, ki so odporni na kratek stik. Do danes so mosfete z normaliziranim časom preobremenitve proizvajali skoraj vsa podjetja.

Gonilniki za upravljanje

Ker v krmilnem vezju ni toka, v statičnem načinu ne morete uporabljati standardnih vezij. Primernejše je, da uporabimo posebno integrirano vezje voznika. Mnoga podjetja proizvajajo naprave, ki omogočajo nadzor enosmernih tranzistorjev moči, pa tudi mostove in pol mostove (trifazne in dvofazne). Lahko izvajajo različne pomožne funkcije - za zaščito pred trenutno preobremenitvijo ali kratkim stikom, kot tudi iz velikega padca napetosti v krmilnem vezju mosfeta. Kaj je ta veriga, bo podrobneje opisano spodaj. Treba je omeniti, da je padec napetosti v krmilnem vezju močnostnega tranzistorja zelo nevaren pojav. Zmogljiv mosfet lahko preklopi na drug način delovanja (linearno), kar povzroči neuspeh. Kristal se pregreje in tranzistor opeče.

Način kratkega stika

Glavna pomožna funkcija voznika je zaščita pred trenutnimi preobremenitvami. Potrebno je skrbno pregledati delovanje tranzistorja moči v enem od načinov - kratek stik. Zaradi katerega koli razloga se lahko zgodi prekomerna obremenitev, vendar je najpogostejša kratka obremenitev ali primer. Zato je potrebno ustrezno upravljati mospets.

Preobremenitev pride zaradi nekaterih funkcij vezja. Možen je prehodni postopek ali pojav povratnega toka iz polprevodniške diode ene od tranzistorskih ročic. Odprava takih preobremenitev se izvaja s pomočjo vezij. Uporabljamo verige oblikovanja poti (snubbers), v vratih se izbere upor, krmilno vezje pa je izolirano od visokonapetostnega vodila in napetosti.

Kako se tranzistor vklopi v primeru kratkega stika v tovoru

Ko pride do kratkega stika obremenitve, je tok v kolektorskem vezju omejen z določeno napetostjo v vratih, pa tudi s strmimi značilnostmi tranzistorja samega. Zato je v napajalnem krogotoku določena kapaciteta notranji upor sam vir ne more vplivati ​​na tok kratkega stika na noben način. Takoj, ko pride do vklapljanja, se tok gladko poveča v tranzistorju, ker je v kolektorskem vezju parazitska induktivnost. Enako dejstvo je razlog, da obstaja določena napetost napetosti.

Lažni pozitivi

Po končanem prehodu bo tranzistor moči popolnoma napolnjen. In to bo vodilo k dejstvu, da se v polprevodniškem kristalu raztegne velika moč. Zato se lahko zaključi, da je treba način kratkega stika nujno prekiniti po določenem časovnem obdobju. To bi moralo biti dovolj, da bi izključili napačne pozitivne učinke. Časovna vrednost praviloma leži v intervalu 1 ... 10 μs. Značilnosti tranzistorja morajo biti takšne, da lahko zlahka prenesejo to preobremenitev.

Vpeljite impedanco s tranzistorjem

Podobno je tok, ki ga obravnavamo zgoraj, tok omejen z lastnostmi tranzistorja. Raste s hitrostjo, ki jo določi induktivnost (parazitski). Preden ta tok doseže konstantno vrednost v stanju dinamičnega ravnovesja, se napetost kolektorja poveča. Na vratih se poveča napetost zaradi učinka Millerja.

Tok v zbiralcu se poveča in lahko znatno presega vrednost v stanju dinamičnega ravnovesja. Za ta način je izključen kanal mosfet izključen, vendar je zagotovljena tudi možnost omejevanja napetosti.

Napetost na vratih tranzistorja je odvisna neposredno od kratkega stika v stanju dinamičnega ravnovesja. Toda z zmanjšanjem napetosti na vratih polprevodniškega elementa se odvija precej zanimiva slika. Napetost nasičenja se poveča, zaradi česar se izgube prevodnosti povečajo. Stabilnost tranzistorja na kratek stik je tesno povezana s strmimi značilnostmi.

Tok kratkega stika in dobiček

Čim večji je tok v mosfetih, nižja je napetost nasičenja. Prav tako so sposobni prezreti preobremenitev za kratek čas. Po drugi strani imajo polprevodniki, ki so bolj odporni na kratek stik, zelo visoko napetost nasičenja. Izgube so prav tako zelo pomembne.

Večja dovoljena vrednost kratkega stika ima pionir mosfet, ne pa preprost bipolarni tranzistor. Praviloma je desetkrat večja od nazivnega toka (pod pogojem, da je napetost vrat sprejemljiva). Večina proizvajalcev (evropski in azijski) proizvaja tranzistorje, ki prenesejo take obremenitve in niso poškodovani.

Nadzorni zaščitni sistem za zaščito pred preobremenitvijo

Obstajajo različne metode za deaktiviranje elementov med preobremenitvijo. S pomočjo voznikov različnih proizvajalcev lahko izvajate vse zaščitne funkcije in najučinkovitejše. Če pride do preobremenitve, je treba zmanjšati napetost vrat. V tem primeru se prepoznavanje načina v sili poveča s časom.

Zaradi tega je mogoče izključiti lažne alarme zaščitnega kroga. Evo, kako preizkusiti mosfet: poskusite spremeniti kapacitivnost kondenzatorja. Če se odzivni čas za kratki stik spremeni, celotno vezje deluje pravilno. Shema uporablja več elementov, ki imajo določene odgovornosti. Na primer, povezan z izhodom gonilnika, "ERR" -capacitor vam omogoča, da določite čas analize preobremenitev.

Način delovanja v sili

V tem časovnem intervalu je vklopljeno vezje tokovne stabilizacije kolektorskega vezja. Zaradi tega se zmanjša napetost na vratih polprevodniškega elementa. V primeru, da ne pride do preobremenitve, se tranzistor izklopi po 10 μs. Zaščita je onemogočena, potem ko je signal iz njega odstranjen. Zahvaljujoč temu se izvaja sprožitvena zaščita.

Ko se uporablja, je treba pozornost posvetiti časovnemu intervalu, skozi katerega pride do prehoda tranzistorja mosfeta. Kakšna je ta vključitev in kakšne so njegove značilnosti? Upoštevajte, da mora biti ta čas daljši od toplotne konstante (začasne) polprevodniškega kristala, na podlagi katerega se izdeluje tranzistor.

Slabosti ožičenja

V tokokrogu so upori, ki imajo visoko moč, vendar imajo zelo visoko induktivnost (parazit, zaradi uporabe nekaterih materialov in tehnologij). Za idealno delovanje vezja je potrebno, da je kapaciteta blizu nič. Upori, ki se uporabljajo za merjenje impulznega toka, morajo biti v skladu z zgornjim pogojem. Poleg tega upori izgubijo veliko moč. To vpliva na učinkovitost celotnega vozniškega kroga nadlakti.

Vendar obstajajo stikalna vezja, ki zmanjšujejo izgube moči. Napetost nasičenja je v vsakem primeru odvisna od toka zbiralnika. MOSFET (to pomeni, da obravnavana v članku) kaže to razmerje, se lahko omenjena linearna zaradi dejstva, da je tranzistor izpust, ki velja ni odvisna od upora kanala (aktivne). Toda za močne IGBT tranzistorje ta odvisnost ni linearna, vendar je enostavno izbrati napetost, ki bo ustrezala potrebnemu toku zaščite.

Trifazni voznik mostov

V takšnih tokokrogih se uporejalec uporablja tudi za merjenje trenutne vrednosti. Varovalni tok je določen s pomočjo napetostnega razdelilnika. Vozniki IR2130 so zelo priljubljeni, kar zagotavlja stabilno delovanje vezja pri napetostih do 600 V. V tokokrogu je vključen tranzistor tipa field, ki ima odtok (služi za označevanje prisotnosti napak). MOSFET na plošči je nameščen s pomočjo trdih skakalcev v visokokakovostni izolaciji iz teh razlogov. Ima ojačevalnik, ki ustvarja določene signale krmiljenja in povratne informacije. S pomočjo voznika nastane časovna zamuda med preklopom tranzistorjev spodnjega in zgornjega roba, da se prepreči pojav toka.

Odvisno od modifikacije je praviloma čas 0,2 ... 2 μs. V gonilniku IR2130, ki se uporablja za izvajanje zaščitnega vezja, ni funkcije, ki bi omejila največjo vrednost napetosti vrat v trenutku kratkega stika. Pri načrtovanju tristopenjskega ročnega sistema je treba zapomniti, da je most po izklopu prekinjen po 1 μs. Zato tok (še posebej, če je aktivna obremenitev) presega izračunano vrednost. Če želite ponastaviti zaščitni način in se vrniti v način delovanja, morate izklopiti napajanje gonilnika ali napajati napetost na njegove vhode.

Vozniki spodnje roke

Da bi nadzirali tranzistorje spodnjega ročnega mosfeta, so visokokakovostni Motorola čipi, na primer MC33153. Ta gonilnik je poseben, saj se lahko uspešno uporablja za dve vrsti zaščite (napetost in tok). Obstaja tudi funkcija, ki ločuje oba načina - preobremenitev in kratek stik. Obstaja možnost dobave nekaj napetosti (negativna za nadzor). To je koristno za primere, ko je potrebno nadzorovati modul z veliko močjo in dovolj veliko vrednost vhodnih vrat. Način zaščite IGBT je onemogočen (ti so najbližji analogi Mosfet), potem ko napajalna napetost pade pod oznako 11 voltov.