MOSFET అవలోకనం

పవర్ MOSFET కూడా జంక్షన్ రకం మరియు ఇన్సులేటెడ్ గేట్ రకంగా విభజించబడింది, అయితే సాధారణంగా ప్రధానంగా ఇన్సులేటెడ్ గేట్ రకం MOSFET (మెటల్ ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ FET)ని సూచిస్తుంది, దీనిని పవర్ MOSFET (పవర్ MOSFET)గా సూచిస్తారు. జంక్షన్ రకం పవర్ ఫీల్డ్ ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్‌ను సాధారణంగా ఎలక్ట్రోస్టాటిక్ ఇండక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ అంటారు (స్టాటిక్ ఇండక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్ - SIT). ఇది డ్రెయిన్ కరెంట్‌ను నియంత్రించడానికి గేట్ వోల్టేజ్ ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది, డ్రైవ్ సర్క్యూట్ సులభం, తక్కువ డ్రైవ్ పవర్ అవసరం, వేగంగా మారే వేగం, అధిక ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ, థర్మల్ స్టెబిలిటీ కంటే మెరుగైనదిGTR, కానీ దాని ప్రస్తుత సామర్థ్యం చిన్నది, తక్కువ వోల్టేజ్, సాధారణంగా 10kW కంటే ఎక్కువ పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలకు మాత్రమే వర్తిస్తుంది.

1. పవర్ MOSFET నిర్మాణం మరియు ఆపరేటింగ్ సూత్రం

పవర్ MOSFET రకాలు: వాహక ఛానెల్ ప్రకారం P-ఛానల్ మరియు N-ఛానల్‌గా విభజించవచ్చు. గేట్ వోల్టేజ్ వ్యాప్తి ప్రకారం విభజించవచ్చు; క్షీణత రకం; గేట్ వోల్టేజ్ సున్నా అయినప్పుడు, ఒక వాహక ఛానల్ ఉనికి మధ్య కాలువ-మూల పోల్ మెరుగుపరచబడినప్పుడు; N (P) ఛానెల్ పరికరం కోసం, గేట్ వోల్టేజ్ ఒక వాహక ఛానెల్ ఉనికికి ముందు (కంటే తక్కువ) సున్నా కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, MOSFET శక్తి ప్రధానంగా N-ఛానల్ మెరుగుపరచబడింది.

1.1 శక్తిMOSFETనిర్మాణం　　

పవర్ MOSFET అంతర్గత నిర్మాణం మరియు విద్యుత్ చిహ్నాలు; వాహకంలో చేరి ఉన్న ఒక ధ్రువణ వాహకాలు (పాలిస్) మాత్రమే దాని ప్రసరణ, ఒక యూనిపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్. కండక్టింగ్ మెకానిజం తక్కువ-పవర్ MOSFET వలె ఉంటుంది, కానీ నిర్మాణంలో పెద్ద వ్యత్యాసం ఉంది, తక్కువ-శక్తి MOSFET అనేది సమాంతర వాహక పరికరం, శక్తి MOSFET అనేది నిలువు వాహక నిర్మాణంలో ఎక్కువ భాగం, దీనిని VMOSFET (నిలువు MOSFET) అని కూడా పిలుస్తారు. , ఇది MOSFET పరికర వోల్టేజ్ మరియు కరెంట్ తట్టుకునే సామర్థ్యాన్ని బాగా మెరుగుపరుస్తుంది.

నిలువు వాహక నిర్మాణంలోని వ్యత్యాసాల ప్రకారం, VVMOSFET యొక్క నిలువు వాహకతను సాధించడానికి V- ఆకారపు గాడిని ఉపయోగించడంగా విభజించబడింది మరియు VDMOSFET (లంబ డబుల్-డిఫ్యూజ్డ్) యొక్క నిలువు వాహక డబుల్-డిఫ్యూజ్డ్ MOSFET నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది.MOSFET), ఈ కాగితం ప్రధానంగా VDMOS పరికరాలకు ఉదాహరణగా చర్చించబడింది.

ఇంటర్నేషనల్ రెక్టిఫైయర్ (ఇంటర్నేషనల్ రెక్టిఫైయర్) హెక్సాగోనల్ యూనిట్‌ని ఉపయోగించి హెక్స్‌ఫెట్ వంటి బహుళ సమీకృత నిర్మాణం కోసం పవర్ MOSFETలు; సిమెన్స్ (సిమెన్స్) SIPMOSFET ఒక చదరపు యూనిట్ ఉపయోగించి; Motorola (Motorola) TMOS "పిన్" ఆకార అమరిక ద్వారా దీర్ఘచతురస్రాకార యూనిట్‌ని ఉపయోగిస్తుంది.

1.2 పవర్ MOSFET ఆపరేషన్ సూత్రం

కట్-ఆఫ్: డ్రెయిన్-సోర్స్ పోల్స్ ప్లస్ పాజిటివ్ పవర్ సప్లై మధ్య, వోల్టేజ్ మధ్య గేట్-సోర్స్ పోల్స్ సున్నా. p బేస్ ప్రాంతం మరియు PN జంక్షన్ J1 రివర్స్ బయాస్ మధ్య ఏర్పడిన N డ్రిఫ్ట్ ప్రాంతం, డ్రెయిన్-సోర్స్ పోల్స్ మధ్య కరెంట్ ఫ్లో ఉండదు.

వాహకత: గేట్-సోర్స్ టెర్మినల్స్ మధ్య సానుకూల వోల్టేజ్ UGS వర్తించబడుతుంది, గేట్ ఇన్సులేట్ చేయబడింది, కాబట్టి గేట్ కరెంట్ ప్రవహించదు. అయినప్పటికీ, గేట్ యొక్క సానుకూల వోల్టేజ్ దాని క్రింద ఉన్న P-ప్రాంతంలోని రంధ్రాలను దూరంగా నెట్టివేస్తుంది మరియు UGS కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు P-ప్రాంతంలోని ఒలిగాన్స్-ఎలక్ట్రాన్‌లను గేట్ క్రింద ఉన్న P-ప్రాంతం యొక్క ఉపరితలంపైకి ఆకర్షిస్తుంది. UT (టర్న్-ఆన్ వోల్టేజ్ లేదా థ్రెషోల్డ్ వోల్టేజ్), గేట్ కింద P-ప్రాంతం యొక్క ఉపరితలంపై ఎలక్ట్రాన్ల సాంద్రత రంధ్రాల సాంద్రత కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, తద్వారా P-రకం సెమీకండక్టర్ N-రకంలోకి విలోమమై విలోమ పొరగా మారుతుంది మరియు విలోమ పొర N-ఛానల్‌ని ఏర్పరుస్తుంది మరియు PN జంక్షన్ J1 అదృశ్యమై, డ్రెయిన్ మరియు మూలాన్ని వాహకంగా చేస్తుంది.

1.3 పవర్ MOSFETల యొక్క ప్రాథమిక లక్షణాలు

1.3.1 స్టాటిక్ లక్షణాలు.

డ్రెయిన్ కరెంట్ ID మరియు గేట్ సోర్స్ మధ్య వోల్టేజ్ UGS మధ్య సంబంధాన్ని MOSFET యొక్క బదిలీ లక్షణం అంటారు, ID పెద్దది, ID మరియు UGS మధ్య సంబంధం సుమారుగా సరళంగా ఉంటుంది మరియు వక్రరేఖ యొక్క వాలు ట్రాన్స్‌కండక్టెన్స్ Gfsగా నిర్వచించబడుతుంది. .

MOSFET యొక్క డ్రెయిన్ వోల్ట్-ఆంపియర్ లక్షణాలు (అవుట్‌పుట్ లక్షణాలు): కటాఫ్ ప్రాంతం (GTR యొక్క కటాఫ్ ప్రాంతానికి అనుగుణంగా); సంతృప్త ప్రాంతం (GTR యొక్క విస్తరణ ప్రాంతానికి అనుగుణంగా); నాన్-సంతృప్త ప్రాంతం (GTR యొక్క సంతృప్త ప్రాంతానికి అనుగుణంగా). పవర్ MOSFET స్విచింగ్ స్టేట్‌లో పనిచేస్తుంది, అనగా, ఇది కటాఫ్ ప్రాంతం మరియు నాన్-శాచురేషన్ ప్రాంతం మధ్య ముందుకు వెనుకకు మారుతుంది. పవర్ MOSFET డ్రెయిన్-సోర్స్ టెర్మినల్స్ మధ్య పరాన్నజీవి డయోడ్‌ను కలిగి ఉంటుంది మరియు డ్రెయిన్-సోర్స్ టెర్మినల్స్ మధ్య రివర్స్ వోల్టేజ్ వర్తించినప్పుడు పరికరం నిర్వహిస్తుంది. MOSFET పవర్ యొక్క ఆన్-స్టేట్ రెసిస్టెన్స్ సానుకూల ఉష్ణోగ్రత గుణకాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ఇది పరికరాలు సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయబడినప్పుడు కరెంట్‌ను సమం చేయడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది.

1.3.2 డైనమిక్ క్యారెక్టరైజేషన్;

దాని టెస్ట్ సర్క్యూట్ మరియు స్విచ్చింగ్ ప్రాసెస్ వేవ్‌ఫారమ్‌లు.

టర్న్-ఆన్ ప్రక్రియ; టర్న్-ఆన్ ఆలస్యం సమయం td(ఆన్) - ముందు క్షణం మరియు uGS = UT మరియు iD కనిపించడం ప్రారంభించిన క్షణం మధ్య కాల వ్యవధి; పెరుగుదల సమయం tr- uGS uT నుండి గేట్ వోల్టేజ్ UGSPకి పెరిగే సమయ వ్యవధి, ఆ సమయంలో MOSFET సంతృప్త రహిత ప్రాంతంలోకి ప్రవేశిస్తుంది; iD యొక్క స్థిరమైన స్థితి విలువ కాలువ సరఫరా వోల్టేజ్, UE మరియు కాలువ ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది UGSP పరిమాణం iD యొక్క స్థిరమైన స్థితి విలువకు సంబంధించినది. UGS UGSPని చేరుకున్న తర్వాత, అది స్థిరమైన స్థితికి చేరుకునే వరకు అప్ చర్యలో పెరుగుతూనే ఉంటుంది, కానీ iD మారదు. టర్న్-ఆన్ సమయం టన్ను-ఆన్ ఆలస్యం సమయం మరియు పెరుగుదల సమయం మొత్తం.

ఆఫ్ ఆలస్యం సమయం td(ఆఫ్) -iD సున్నాకి పడిపోయిన సమయం నుండి సున్నాకి తగ్గడం ప్రారంభించిన సమయ వ్యవధి, సిన్ రూ మరియు RG ద్వారా విడుదల చేయబడుతుంది మరియు uGS ఘాతాంక వక్రరేఖ ప్రకారం UGSPకి వస్తుంది.

ఫాలింగ్ సమయం tf- uGS నుండి UGSP నుండి పడిపోవడం మరియు iD నుండి uGS <UT వద్ద ఛానెల్ అదృశ్యమయ్యే వరకు మరియు ID సున్నాకి పడిపోయే వరకు తగ్గుతుంది. టర్న్-ఆఫ్ టైమ్ టోఫ్- టర్న్-ఆఫ్ ఆలస్యం సమయం మరియు పతనం సమయం మొత్తం.

1.3.3 MOSFET మారే వేగం.

MOSFET స్విచింగ్ వేగం మరియు Cin ఛార్జింగ్ మరియు డిశ్చార్జింగ్ ఒక గొప్ప సంబంధాన్ని కలిగి ఉంది, వినియోగదారు Cinని తగ్గించలేరు, కానీ డ్రైవింగ్ సర్క్యూట్ అంతర్గత నిరోధాన్ని తగ్గించవచ్చు, సమయ స్థిరాంకాన్ని తగ్గించడానికి, మారే వేగాన్ని వేగవంతం చేయడానికి, MOSFET పాలిట్రానిక్ వాహకతపై మాత్రమే ఆధారపడుతుంది, ఒలిగోట్రోనిక్ నిల్వ ప్రభావం లేదు, అందువలన షట్డౌన్ ప్రక్రియ చాలా వేగంగా ఉంటుంది, 10-100ns మారే సమయం, ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ వరకు ఉంటుంది 100kHz లేదా అంతకంటే ఎక్కువ, ప్రధాన పవర్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలలో అత్యధికం.

ఫీల్డ్-నియంత్రిత పరికరాలకు విశ్రాంతి సమయంలో దాదాపు ఇన్‌పుట్ కరెంట్ అవసరం లేదు. అయినప్పటికీ, స్విచ్చింగ్ ప్రక్రియలో, ఇన్‌పుట్ కెపాసిటర్‌ను ఛార్జ్ చేయాలి మరియు డిస్చార్జ్ చేయాలి, దీనికి కొంత మొత్తంలో డ్రైవింగ్ పవర్ అవసరం. ఎక్కువ స్విచ్చింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ, ఎక్కువ డ్రైవ్ పవర్ అవసరం.

1.4 డైనమిక్ పనితీరు మెరుగుదల

పరికర వోల్టేజ్, కరెంట్, ఫ్రీక్వెన్సీని పరిగణలోకి తీసుకోవడానికి పరికర అప్లికేషన్‌తో పాటు, పరికరాన్ని ఎలా రక్షించాలి అనే అప్లికేషన్‌లో కూడా ప్రావీణ్యం ఉండాలి, పరికరాన్ని డ్యామేజ్‌లో తాత్కాలిక మార్పులలో చేయకూడదు. వాస్తవానికి థైరిస్టర్ అనేది రెండు బైపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్‌ల కలయిక, పెద్ద వైశాల్యం కారణంగా పెద్ద కెపాసిటెన్స్‌తో కలిపి ఉంటుంది, కాబట్టి దాని dv/dt సామర్ధ్యం మరింత హాని కలిగిస్తుంది. di/dt కోసం ఇది విస్తరించిన వాహక ప్రాంత సమస్యను కూడా కలిగి ఉంది, కాబట్టి ఇది చాలా తీవ్రమైన పరిమితులను కూడా విధిస్తుంది.

పవర్ MOSFET విషయంలో చాలా భిన్నంగా ఉంటుంది. దీని dv/dt మరియు di/dt సామర్ధ్యం తరచుగా నానోసెకండ్‌కు (మైక్రోసెకండ్‌కు కాకుండా) సామర్ధ్యం పరంగా అంచనా వేయబడుతుంది. అయినప్పటికీ, ఇది డైనమిక్ పనితీరు పరిమితులను కలిగి ఉంది. పవర్ MOSFET యొక్క ప్రాథమిక నిర్మాణం పరంగా వీటిని అర్థం చేసుకోవచ్చు.

పవర్ MOSFET యొక్క నిర్మాణం మరియు దాని సంబంధిత సమానమైన సర్క్యూట్. పరికరం యొక్క దాదాపు ప్రతి భాగంలో కెపాసిటెన్స్‌తో పాటు, MOSFET సమాంతరంగా కనెక్ట్ చేయబడిన డయోడ్‌ను కలిగి ఉందని పరిగణించాలి. ఒక నిర్దిష్ట కోణం నుండి, పరాన్నజీవి ట్రాన్సిస్టర్ కూడా ఉంది. (ఒక IGBT కూడా పరాన్నజీవి థైరిస్టర్‌ని కలిగి ఉంటుంది). MOSFETల యొక్క డైనమిక్ ప్రవర్తన అధ్యయనంలో ఇవి ముఖ్యమైన అంశాలు.

అన్నింటిలో మొదటిది MOSFET నిర్మాణంతో జతచేయబడిన అంతర్గత డయోడ్ కొంత ఆకస్మిక సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఇది సాధారణంగా ఒకే హిమపాతం సామర్థ్యం మరియు పునరావృత హిమపాతం సామర్థ్యం పరంగా వ్యక్తీకరించబడుతుంది. రివర్స్ di/dt పెద్దగా ఉన్నప్పుడు, డయోడ్ చాలా వేగవంతమైన పల్స్ స్పైక్‌కి లోబడి ఉంటుంది, ఇది హిమపాతం ప్రాంతంలోకి ప్రవేశించే సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది మరియు దాని హిమపాతం సామర్థ్యాన్ని అధిగమించిన తర్వాత పరికరానికి హాని కలిగించవచ్చు. ఏదైనా PN జంక్షన్ డయోడ్ మాదిరిగా, దాని డైనమిక్ లక్షణాలను పరిశీలించడం చాలా క్లిష్టమైనది. PN జంక్షన్ ఫార్వర్డ్ దిశలో నిర్వహించడం మరియు రివర్స్ దిశలో నిరోధించడం అనే సాధారణ భావన నుండి అవి చాలా భిన్నంగా ఉంటాయి. కరెంట్ వేగంగా పడిపోయినప్పుడు, డయోడ్ రివర్స్ రికవరీ టైమ్ అని పిలువబడే కొంత కాలానికి దాని రివర్స్ బ్లాకింగ్ సామర్థ్యాన్ని కోల్పోతుంది. PN జంక్షన్ వేగంగా నిర్వహించాల్సిన అవసరం మరియు చాలా తక్కువ ప్రతిఘటనను చూపని కాలం కూడా ఉంది. పవర్ MOSFETలో డయోడ్‌లోకి ఫార్వర్డ్ ఇంజెక్షన్ అయిన తర్వాత, ఇంజెక్ట్ చేయబడిన మైనారిటీ క్యారియర్లు కూడా MOSFET యొక్క సంక్లిష్టతను మల్టీట్రానిక్ పరికరంగా పెంచుతాయి.

తాత్కాలిక పరిస్థితులు లైన్ పరిస్థితులకు దగ్గరి సంబంధం కలిగి ఉంటాయి మరియు అప్లికేషన్‌లో ఈ అంశానికి తగిన శ్రద్ధ ఇవ్వాలి. సంబంధిత సమస్యల అవగాహన మరియు విశ్లేషణను సులభతరం చేయడానికి పరికరం గురించి లోతైన జ్ఞానం కలిగి ఉండటం ముఖ్యం.