Transistores MOSFET de potência. Esquema, descrição

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MOSFET é uma abreviação da frase em inglês Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (transistores de efeito de campo semicondutores de óxido de metal).

Esta classe de transistores difere, em primeiro lugar, na potência mínima de controle com uma saída significativa (centenas de watts). Também é necessário observar os valores extremamente baixos da resistência no estado aberto (décimos de ohm em uma corrente de saída de dezenas de amperes) e, consequentemente, a potência mínima liberada no transistor na forma de calor .

A designação deste tipo de transistor é mostrada na fig. 7.1. Além disso, para reduzir o número de componentes externos, um poderoso diodo snubber de alta frequência pode ser incorporado ao transistor.

MOSFETs de potência
Arroz. 7.1. Designação de transistores MOSFET (G - porta, D - dreno, S - fonte): a - designação de um transistor de canal N; b - designação do transistor do canal P

Vantagens dos transistores MOSFET sobre os bipolares

Para o inegável vantagens Os transistores MOSFET antes do bipolar podem ser atribuídos ao seguinte:

potência mínima de controle e alto ganho de corrente garantem a simplicidade dos circuitos de controle (existe até uma espécie de MOSFET acionado por níveis lógicos);
alta velocidade de comutação (ao mesmo tempo, os atrasos de desligamento são mínimos, uma ampla área de operação segura é fornecida);
a possibilidade de conexão paralela simples de transistores para aumentar a potência de saída;
resistência dos transistores a grandes pulsos de tensão (dv/dt).

Aplicação e fabricantes

Esses dispositivos são amplamente utilizados em dispositivos de controle de carga de alta potência, trocando fontes de alimentação. Neste último caso, seu escopo é um tanto limitado pela tensão dreno-fonte máxima (até 1000 V).

N-channel MOSFET™ são os mais populares para comutação de circuitos de energia. A tensão de controle, ou a tensão aplicada entre o portão e a fonte para ligar o MOSFET, deve exceder o limite UT de 4V; na verdade, 10-12V são necessários para ligar o MOSFET de maneira confiável. Reduzir a tensão de controle para o limite inferior UT desligará o MOSFET.

Liberação do MOSFET de potência vários fabricantes:

HEXFET (NACIONAL);
VMOS (PHILLIPS);
SIPMOS (empresa SIEMENS).

Estrutura interna do MOSFET

Na fig. 7.2 mostra a semelhança estrutura interna HEXFET, VMOS e SIPMOS. Eles têm uma estrutura vertical de quatro camadas com camadas P e N alternadas: essa estrutura é causada pelos MOSFETs de canal N de serviço pesado.

Se a tensão aplicada aos pinos do portão estiver acima do nível limite, o portão é polarizado em relação à fonte, criando um canal N invertido sob o filme de óxido de silício que conecta a fonte ao dreno para que a corrente flua.

A condução do MOSFET é assegurada pelas portadoras majoritárias, pois não há portadoras minoritárias injetadas no canal. Isso não leva ao acúmulo de carga, o que acelera o processo de comutação. No estado ligado, a relação entre corrente e tensão é quase linear, semelhante à resistência, que é considerada como a resistência do canal no estado aberto.

MOSFETs de potência
Arroz. 7.2. Estruturas internas dos transistores: a - transistor da estrutura HEXFET; b - transistor da estrutura VMOS; c - Transistor de estrutura SIPMOS

O circuito equivalente MOSFET é mostrado na fig. 7.3. As duas capacitâncias entre porta e fonte, porta e dreno, resultam em um atraso de comutação se o driver não puder suportar uma alta corrente de ativação. Outra capacitância no transistor está entre o dreno e a fonte, mas devido à estrutura interna do transistor, ela é desviada por um diodo parasita formado entre o dreno e a fonte. Infelizmente, o diodo parasita não é rápido e não deve ser levado em consideração, e um diodo shunt adicional é introduzido para acelerar a comutação.

MOSFETs de potência
Arroz. 7.3. Circuito equivalente MOSFET: a - a primeira versão do circuito equivalente; b - a segunda versão do circuito equivalente com a substituição do transistor por um diodo; c - estrutura interna correspondente à primeira opção

Parâmetros MOSFET

Considere os principais parâmetros que caracterizam os transistores MOSFET.

Tensão máxima de dreno-fonte, ELA É_DS - máxima tensão operacional instantânea.

Corrente de drenagem contínua, I_D é a corrente máxima que o MOSFET pode transportar devido à temperatura da junção.

Dreno máximo de corrente de surto, I_DM - mais do que eu_D e é definido para um impulso de uma determinada duração e ciclo de trabalho.

Idade máxima da tensão porta-fonte, ELA É_GS é a tensão máxima que pode ser aplicada entre a porta e a fonte sem danificar o isolamento da porta.

Além disso, tomar lugar:

tensão limite da porta, U_T {U_TH, ELA É_GS};
U_T é a tensão de porta mínima na qual o transistor liga.

Autor: Koryakin-Chernyak S.L.

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