什么是功率MOSFET:工作及其应用

力量场效电晶体使用类似于当前VLSI电路的半导体处理方法,除了器件电压和电流水平急剧不同。MOSFET主要取决于70年代发射的原始FET(场效应晶体管)。这功率场效应晶体管本发明部分地通过了以下是目前,该装置已成为电力电子应用领域的首选。ayxPG电子尽管对功率器件的操作极限进行完全分类是不可行的,因为功率器件可以像任何可以开关的最小1A的组件一样被称为。


双极功率晶体管是一种通过电源进行控制的器件。为了保持设备处于ON状态,基极驱动电流必须高于集电极电流的¼。此外,高反向基极驱动电流是必要的,以实现快速关断。本文综述了功率MOSFET及其工作原理。

什么是电源MOSFET?

一种处理高功率的MOSFET称为功率MOSFET。与较低电压范围内的正常MOSFET相比,这些MOSFET通过表现出高速的开关而工作更好。它的工作原理与一般MOSFET相同。

最广泛使用的功率MOSFET是P沟道增强模式,N沟道增强模式或N沟道耗尽模式和P沟道耗尽模式。功率MOSFET频率高达100千赫兹。这功率MOSFET符号如下所示。

功率MOSFET的符号
功率MOSFET的符号

这些是三终端硅装置,其通过向栅极端子施加信号来工作,使得它控制源极和漏极端子之间的电流传导。电流传导容量等于数千个安培,包括来自10Volts-1000Volt的击穿电压额定值。

此外,功率mosfet可用于不同的结构,如VDMOS(垂直扩散MOS或DMOS(双扩散MOS),沟槽MOS (UMOS),或VMOS等。

在集成电路中,所用的功率MOSFET是横向装置,包括源极,漏极和栅极端子上的源极,漏极和栅极端子在与外部相比,在通道内流动的电流平行。VDMOS(垂直双扩散MOSFET)利用像漏极端子的器件的基板。

在集成电路中,mosfet将比分立的mosfet表现出高的导通电阻。功率mosfet可在SOIC(小轮廓IC)封装,其中使用的差距是溢价。此外,更大的通孔TO-247, TO-220和表面可安装的D2PAK,否则SMD-220也可以使用。

较新的软件包包括芯片尺度设备和PolarPak™和DirectFet™套餐。功率MOSFET中使用的制造过程类似于VLSI电路中使用的过程,但电压的电压水平不同

工作原理

类似于正常的mosfet,这些类型的mosfet将切换和控制两个终端之间的电流流动,如源极和漏极,通过改变栅极终端上的电压。一旦电压被施加到栅极端子上,那么在源极和栅极端子之间就会形成一个通道,从而允许电流流动。


通过增强vGS电压(栅极源),通道将变为上级和iD.(排水电流)将增加。这里,栅极和漏极等两个电压之间的主要关系取决于以下等式。

一世D.=K (VGS- - - - - - VT.2

在哪里,

“我D.是漏电流

“K”是一个设备常数

“VGS'是栅极电压

“VT.'是阈值电压

规格和标准

在选择基于功率MOSFET的产品时,我们必须考虑两个重要的规格,如和VGS(下)或门源截止电压和iDSS.或排水饱和电流。漏极饱和电流可以定义,因为它是用IDS表示的漏极电流饱和度测量,这一旦漏极电源的电压等于栅极源的电压并用V表示GS

一旦MOSFET的漏极电流达到最高值,那么就等待任何漏极源电压增加;该附加电压可以通过位于栅极端子排水端的耗尽层容纳。所以这种情况被称为漏极电流饱和度(iDSS.)与最高值的最高值一样。

门源截止电压或VGS(下)是栅极源电压值,导致靠近零的漏极电流值。用于制造功率MOSFET的标准通过各种各样的协会和社团测试。主要例子是JEDEC JEP 115,BS IEC 60747-8-4和JEDEC JESD 24。

功率MOSFET测试

功率MOSFET的测试可以通过以下方法使用万用表来完成。让我们测试n沟道和p沟道功率mosfet。

测试N沟道MOSFET

  • 将数字万用表固定到二极管范围内
  • 将功率MOSFET放在木桌上
  • 使用仪表探头或螺丝刀,短路晶体管的漏极和栅极端子。这主要是留下的内部电容将完全放电。
  • 将仪表的黑色探头朝向源,而红色探针朝向晶体管的漏极。
  • 因此,在数字万用表上可以观察到一个开路标志。
  • 之后,将黑色探头保持朝向源,并将红色探头从排水管中移除并将其朝向MOSFET的栅极端子连接片刻,再次将其置于漏极端子上。
  • 因此,此时,数字万用表将显示短路。
  • 从以上两个结果,我们可以得出结论,MOSFET是好的。
  • 为了正确确认,重复几次这些步骤
  • 为了每次重复上述步骤,你必须通过一个仪表探头使漏极和栅极端子短路来复位晶体管。

测试P沟道MOSFET

  • 对于P沟道MOSFET,除仪表极性会有所不同,上述五个步骤相同。
  • 接下来,在不触摸来自源的红色探头,从漏极拆下黑色探头并接触晶体管的栅极端子一瞬间,并将其朝向MOSFET的漏极。
  • 因此,这次,万用表将显示连续性,否则将在万用表上较少。
  • 这样我们可以得出结论,MOSFET在没有任何麻烦的情况下处于正常状态。任何其他类型的阅读都将指定错误的MOSFET。

功率MOSFET建设

一般来说,功率mosfet是增强型的。漂移层用于增强MOSFET的额定电压。功率MOSFET的结构为垂直形状,包括四层结构。这种结构主要用于减小电流的流动区域。因此,这种结构可以降低导通电阻和导通损耗。

功率MOSFET建设
功率MOSFET建设

在MOSFET结构中,像体一样称为p型,而n层被称为漂移区域。该层被轻轻地掺杂,如源极和排水物相同的其他层。该漂移区域将决定该MOSFET的击穿电压。在功率MOSFET结构中,第一层和最后一层都是N +层。这里源层是主层,而漏极层是最后一层。

n + p n-n +的结构是增强模式中的n个通道MOSFET。但是P沟道MOSFET的结构包括非常相反的掺杂形状。在这种结构中,栅极端子未直接连接到p型,因为在金属和半导体之间存在氧化物层,其用作介电层。

它在MOSFET的输入上形成金属氧化物半导体电容,其高于1000pF。通过提供二氧化硅层以将端子与栅极分离到栅极,氧化物层提供优异的绝缘性能。

功率MOSFET电路

功率MOSFET电路如下图所示。在这个电路中,这个电路的主要端子是源极和漏极。电流的流向将从漏极端流向源极,并通过零电压从门极端流向源极进行控制。在漏极处,正电压相对于源极。因此,它将导致可能高达100伏特的电流被阻断。

电路图
电路图

如果将3V的正电压施加到栅极端子,则可以在栅极端子下方诱导负电荷。所以P层将成为诱导的N层,并且允许电荷载流子像电子一样流过它。因此,正栅极电压设定了从漏极端子到源的电流流的表面通道。这里,栅极端子处的电压将决定感应通道深度,以这种方式,可以确定电流的流程。

功率MOSFET特性

功率MOSFET的VI特性如下所示。这里,在漏极之间绘制特征曲线,源电压和漏极电流,其用VDS&ID表示。该曲线包括三个区域,即截止,欧姆区域和饱和度。

当MOSFET在任何应用中用作开关时,设备将在欧姆和切断区域内工作,一旦开关ON/ off相应。在饱和区域,可以避免这一过程,以减少有源状态下的功耗。

特征
特征

一旦与阈值电压相比,栅极源极低的电压低,则功率MOSFET将在截止区域中。为了远离击穿,与施加的电压相比,来自漏极到源的漏洞电压必须更大。因此,将发生雪崩故障。

当功率MOSFET进入欧姆状态时,该区域的功率耗散较低。在饱和状态下,漏极电流与漏极至源极的电压近似无关。
它简单地依赖于栅极的电压到源极端子。与阈值电压相比,栅极端子的电压更大。当来自栅极到源极的电压增加时,漏极电流会增加。

好处

功率MOSFE的优点我不包括以下内容。

  • 未发生下一个细分。
  • 非常简单的门驱动电路
  • 简单易于开启和关闭
  • 它使用高开关频率来操作
  • 由于功率MOSFET的温度系数为正,热稳定性较好
  • 少开态电阻
  • 不会那么贵
  • 小尺寸
  • 它是一种电压控制的装置
  • 需要小的力量将其固定在激活状态。
  • 切换速度快
  • 对于换向,不需要额外的电路

缺点

功率MOSFET的缺点包括以下。

  • 通态电压非常高,超出了MOSFET。因此,通电电源的耗散是高的。
  • 这个MOSFET的阻塞能力不是对称的,所以他们可以阻塞高正向电压而不是高反向电压。所以,我们需要固定一个二极管来保护MOSFET。
  • 使用时需要特别小心,而且由于固定电力,它们可能会损坏。

应用程序

功率MOSFET的应用包括以下。

因此,这一切都是关于电源MOSFET概述,建筑,工作,特点及其应用。从上面的信息中,我们可以得出结论是主要的功率MOSFET和MOSFET之间的差异是,MOSFET处理较少的功率,从而用于实验目的,而电源MOSFET以巨大的功率处理。所以处理是非常危险的。这些主要用于电力电子设备。这是一个问题,市场上有哪些不同类型的MOSFET?

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