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Dispositivos semiconductores de potencia. Transistores MOSFET de potencia. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Manual del electricista
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MOSFET es una abreviatura de la frase en inglés Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (Transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido de metal).
Esta clase de transistores difiere, en primer lugar, en la potencia de control mínima con una salida significativa (cientos de vatios). También es necesario tener en cuenta los valores extremadamente bajos de la resistencia en estado abierto (décimas de ohm a una corriente de salida de decenas de amperios) y, en consecuencia, la potencia mínima liberada en el transistor en forma de calor. .
La designación de este tipo de transistores se muestra en la fig. 7.1. Además, para reducir el número de componentes externos, se puede incorporar al transistor un potente diodo amortiguador de alta frecuencia.
Arroz. 7.1. Designación de transistores MOSFET (G - puerta, D - drenaje, S - fuente): a - designación de un transistor de canal N; b - designación del transistor de canal P
Ventajas de los transistores MOSFET sobre los bipolares
A lo innegable los beneficios Los transistores MOSFET antes del bipolar se pueden atribuir a lo siguiente:
- la potencia de control mínima y la alta ganancia de corriente garantizan la simplicidad de los circuitos de control (incluso hay una especie de MOSFET controlado por niveles lógicos);
- alta velocidad de conmutación (al mismo tiempo, los retrasos en el apagado son mínimos, se proporciona una amplia área de operación segura);
- la posibilidad de conexión en paralelo simple de transistores para aumentar la potencia de salida;
- resistencia de transistores a pulsos de gran voltaje (dv/dt).
Aplicación y fabricantes
Estos dispositivos son ampliamente utilizados en dispositivos de control de carga de alta potencia, fuentes de alimentación conmutadas. En este último caso, su alcance está algo limitado por el voltaje máximo entre drenaje y fuente (hasta 1000 V).
Los MOSFET™ de canal N son los más populares para conmutar circuitos de potencia. El voltaje de control, o el voltaje aplicado entre la puerta y la fuente para encender el MOSFET, debe exceder el umbral UT de 4 V; de hecho, se necesitan 10-12 V para encender el MOSFET de manera confiable. Reducir el voltaje de control al umbral inferior UT apagará el MOSFET.
Liberación de MOSFET de potencia varios fabricantes:
- HEXFET (NACIONAL);
- VMOS (PHILLIPS);
- SIPMOS (empresa SIEMENS).
Estructura interna MOSFET
En la fig. 7.2 muestra la similitud estructura interna HEXFET, VMOS y SIPMOS. Tienen una estructura vertical de cuatro capas con capas P y N alternas: esta estructura es causada por los MOSFET de canal N de servicio pesado.
Si el voltaje aplicado a los pines de la puerta está por encima del nivel de umbral, la puerta está polarizada en relación con la fuente, lo que crea un canal N invertido debajo de la película de óxido de silicio que conecta la fuente con el drenaje para que fluya la corriente.
La conducción del MOSFET está asegurada por los portadores mayoritarios, ya que no hay portadores minoritarios inyectados en el canal. Esto no conduce a la acumulación de carga, lo que acelera el proceso de conmutación. En estado encendido, la relación entre corriente y voltaje es casi lineal, similar a la resistencia, que se considera como la resistencia del canal en estado abierto.
Arroz. 7.2. Estructuras internas de transistores: a - transistor de la estructura HEXFET; b - transistor de la estructura VMOS; c - transistor de estructura SIPMOS
El circuito equivalente MOSFET se muestra en la fig. 7.3. Las dos capacitancias entre la puerta y la fuente, la puerta y el drenaje, dan como resultado un retraso en la conmutación si el controlador no puede soportar una corriente de encendido alta. Otra capacitancia del transistor se encuentra entre el drenaje y la fuente, pero debido a la estructura interna del transistor, es desviada por un diodo parásito formado entre el drenaje y la fuente. Desafortunadamente, el diodo parásito no es rápido y no debe tenerse en cuenta, y se introduce un diodo de derivación adicional para acelerar la conmutación.
Arroz. 7.3. Circuito equivalente MOSFET: a - la primera versión del circuito equivalente; b - la segunda versión del circuito equivalente con la sustitución del transistor por un diodo; c - estructura interna correspondiente a la primera opción
Parámetros MOSFET
Considere los principales parámetros que caracterizan a los transistores MOSFET.
Voltaje máximo de fuente de drenaje, ELLA ESDS - tensión máxima de funcionamiento instantáneo.
Corriente de drenaje continua, heD es la corriente máxima que puede transportar el MOSFET debido a la temperatura de la unión.
Drenaje máximo de sobrecorriente, heDM - Más que yoD y se define para un impulso de duración y ciclo de trabajo determinados.
Edad máxima de voltaje de fuente de puerta, ELLA ESGS es el voltaje máximo que se puede aplicar entre la puerta y la fuente sin dañar el aislamiento de la puerta.
Además, tener lugar:
- voltaje de umbral de puerta, UT {UTH, ELLA ESGS};
- UT es el voltaje de puerta mínimo al que se enciende el transistor.
Autor: Koryakin-Chernyak S.L.
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