Leistungs-MOSFET-Transistoren. Schema, Beschreibung

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Leistungshalbleitergeräte. Leistungs-MOSFET-Transistoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Handbuch für Elektriker

MOSFET ist eine Abkürzung für den englischen Ausdruck Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors).

Diese Transistorklasse zeichnet sich vor allem durch die minimale Steuerleistung bei erheblicher Leistung (Hunderte Watt) aus. Zu beachten sind auch die extrem niedrigen Widerstandswerte im offenen Zustand (Zehntel Ohm bei einem Ausgangsstrom von mehreren zehn Ampere) und damit die minimale vom Transistor abgegebene Leistung in Form von Wärme.

Die Bezeichnung dieses Transistortyps ist in Abb. dargestellt. 7.1. Um die Anzahl externer Komponenten zu reduzieren, kann außerdem eine leistungsstarke Hochfrequenz-Snubber-Diode in den Transistor eingebaut werden.

Leistungs-MOSFETs
Reis. 7.1. Bezeichnung von MOSFET-Transistoren (G – Gate, D – Drain, S – Source): a – Bezeichnung eines N-Kanal-Transistors; b – Bezeichnung des P-Kanal-Transistors

Vorteile von MOSFET-Transistoren gegenüber bipolaren

An das Unbestreitbare Vorteile Zu den MOSFET-Transistoren vor bipolaren Transistoren gehören:

minimale Steuerleistung und hohe Stromverstärkung sorgen für Einfachheit der Steuerschaltungen (es gibt sogar eine Vielzahl von MOSFETs, die durch Logikpegel gesteuert werden);
hohe Schaltgeschwindigkeit (gleichzeitig sind die Ausschaltverzögerungen minimal und ein breiter Sicherheitsbereich gewährleistet);
die Möglichkeit, Transistoren einfach parallel zu schalten, um die Ausgangsleistung zu erhöhen;
Widerstand von Transistoren gegen große Spannungsimpulse (dv/dt).

Anwendung und Hersteller

Diese Geräte werden häufig in Geräten zur Steuerung leistungsstarker Lasten und zum Schalten von Netzteilen eingesetzt. Im letzteren Fall ist ihr Anwendungsbereich durch die maximale Drain-Source-Spannung (bis zu 1000 V) etwas eingeschränkt.

N-Kanal-MOSFETs™ sind zum Schalten von Stromkreisen am beliebtesten. Die Steuerspannung oder Spannung, die zwischen Gate und Source angelegt wird, um den MOSFET einzuschalten, muss den UT-Schwellenwert von 4 V überschreiten. Tatsächlich sind 10–12 V erforderlich, um den MOSFET zuverlässig einzuschalten. Durch Reduzieren der Steuerspannung auf den unteren Schwellenwert UT wird der MOSFET ausgeschaltet.

Leistungs-MOSFET-Freigabe verschiedene Hersteller:

HEXFET (NATIONAL);
VMOS (PHILLIPS);
SIPMOS (Firma SIEMENS).

MOSFET interne Struktur

Auf Abb. 7.2 zeigt die Ähnlichkeit Interne Struktur HEXFET, VMOS und SIPMOS. Sie haben eine vertikale Vierschichtstruktur mit abwechselnden P- und N-Schichten: Diese Struktur wird durch den Hochleistungsbetrieb von N-Kanal-MOSFETs verursacht.

Wenn die an die Gate-Anschlüsse angelegte Spannung über einem Schwellenwert liegt, wird das Gate relativ zur Source vorgespannt, wodurch ein inverser N-Kanal unter dem Siliziumoxidfilm entsteht, der die Source mit dem Drain verbindet, damit Strom fließen kann.

Die MOSFET-Leitfähigkeit wird durch Mehrheitsträger gewährleistet, da keine in den Kanal injizierten Minderheitsträger vorhanden sind. Dadurch kommt es nicht zu einer Ladungsakkumulation, was den Schaltvorgang beschleunigt. Im Ein-Zustand ist die Beziehung zwischen Strom und Spannung nahezu linear, ähnlich dem Widerstand, der als Ein-Zustand-Widerstand des Kanals betrachtet wird.

Leistungs-MOSFETs
Reis. 7.2. Interne Strukturen von Transistoren: a - Transistor mit HEXFET-Struktur; b - Transistor mit VMOS-Struktur; c - Transistor mit SIPMOS-Struktur

Eine äquivalente MOSFET-Schaltung ist in Abb. dargestellt. 7.3. Die beiden Kapazitäten zwischen Gate und Source sowie Gate und Drain führen zu einer Schaltverzögerung, wenn der Treiber keinen hohen Einschaltstrom unterstützen kann. Eine weitere Kapazität des Transistors befindet sich zwischen Drain und Source, wird jedoch aufgrund der internen Struktur des Transistors von einer parasitären Diode zwischen Drain und Source umgangen. Leider reagiert die parasitäre Diode nicht schnell und sollte nicht berücksichtigt werden. Außerdem wird eine zusätzliche Bypass-Diode eingeführt, um das Schalten zu beschleunigen.

Leistungs-MOSFETs
Reis. 7.3. MOSFET-Ersatzschaltbild: a – die erste Version des Ersatzschaltbilds; b - die zweite Version des Ersatzschaltbildes mit dem Ersatz des Transistors durch eine Diode; c – interne Struktur entsprechend der ersten Option

MOSFET-Parameter

Betrachten Sie die Hauptparameter, die MOSFET-Transistoren charakterisieren.

Maximale Drain-Source-Spannung, SIE IST_DS - maximale momentane Betriebsspannung.

Kontinuierlicher Drainstrom, I_D ist der maximale Strom, den der MOSFET aufgrund der Sperrschichttemperatur führen kann.

Maximale Stoßstromentnahme, I_DM - mehr als ich_D und ist für einen Impuls einer bestimmten Dauer und eines bestimmten Arbeitszyklus definiert.

Maximales Alter der Gate-Source-Spannung, SIE IST_GS ist die maximale Spannung, die zwischen Gate und Source angelegt werden kann, ohne die Gate-Isolierung zu beschädigen.

Außerdem, stattfinden:

Gate-Schwellenspannung U_T {U_TH, SIE IST_GS};
U_T ist die minimale Gate-Spannung, bei der der Transistor einschaltet.

Autor: Koryakin-Chernyak S.L.

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