Мосфета - какво е това? Структурни и технологични характеристики

В тази статия ще научите за елемент като MOSFET. Какво е това, какви свойства притежава, за които се използва в съвременната електроника, ще бъдат описани по-долу. Можете да се срещнете с два вида мощни транзистори - MOSFET и IGBT. Те се използват при високочестотни импулсни преобразуватели - инвертори, захранващи устройства. Струва си да се имат предвид всички характеристики на тези елементи.

Основна информация

Трябва да се отбележи, че IGBT и транзистори на MOSFET са в състояние да дадат много голяма мощност на товара. С всичко това устройството ще бъде много малко по размер. Ефективността на транзисторите надвишава 95%. Mospets и IGBT имат една обща черта: те имат затварящи изолации, Последствията от това са подобни контролни параметри. Температурният коефициент е отрицателен за тези устройства, което прави възможно да се направят транзистори, които са устойчиви на късо съединение. Към днешна дата MOSFETs с нормализирано време на претоварване се произвеждат от почти всички фирми.

Драйвери за управление

Тъй като в контролната схема няма ток, в статичен режим не можете да използвате стандартни вериги. По-разумно е да се използва специална интегрирана схема на водача. Много компании произвеждат устройства, които позволяват да се контролират единични транзистори, както и мостовете и половинките (трифазни и двуфазни). Те могат да изпълняват различни допълнителни функции - за да се предпазят от токово претоварване или късо съединение, както и от голямо падане на напрежението в управляващата верига на MOSFET. Каква е тази верига, ще бъде описана по-подробно по-долу. Струва си да се отбележи, че спадът на напрежението в веригата за управление на силовите транзистори е много опасен феномен. Мощният MOSFET може да премине към друг режим на работа (линеен), което води до отказ. Кристалото прегрява и транзисторът гори.

Режим на късо съединение

Основната допълнителна функция на драйвера е защита срещу токово претоварване. Необходимо е внимателно да се разгледа функционирането на силовия транзистор в един от режимите - късо съединение. Свръхток може да възникне по някаква причина, но най-честата е късата в товара или в кутията. Ето защо е необходимо правилно да управлявате мюсюлманите.

Претоварването се дължи на някои характеристики на схемата. Възможно е преходен процес или възникване на ток на възстановяване на обратен ток на полупроводников диод на едно от транзисторните рамена. Премахването на такова претоварване се извършва по метода на веригата. Използват се веригите на траекторията (snubbers), резисторът се избира в портата, контролната верига се изолира от автобуса с висок ток и напрежението.

Как се включва транзисторът в случай на късо съединение в товара

Когато се получи късо съединение в товара, токът в колекторната верига е ограничен от определено напрежение в портата, както и от стръмността на характеристиките на самия транзистор. В схемата за захранване, следователно, има определен капацитет вътрешно съпротивление източникът не може да окаже влияние върху тока на късо съединение по никакъв начин. Веднага след като се включи, токът се увеличава плавно в транзистора, поради факта, че има паразитна индуктивност в колекторната верига. Същият факт е причината за наличието на известно повреждане на напрежението.

Фалшиви положителни резултати

След като транзисторът е пълен, мощният транзистор ще бъде напълно захранван. И това ще доведе до факта, че голяма мощност ще бъде разсейвана в полупроводников кристал. Следователно може да се заключи, че режимът на късо съединение задължително трябва да бъде прекъснат след определен период от време. Трябва да бъде достатъчно, за да се изключат фалшивите положителни резултати. Като правило стойността на времето се намира в интервала 1 ... 10 μs. Характеристиките на транзистора трябва да са такива, че да могат лесно да издържат на това претоварване.

Натоварване импеданс с транзистор включен

По подобен начин, в случая, разгледан по-горе, токът е ограничен от характеристиките на самия транзистор. Той расте със скорост, която се определя от индуктивността (паразитен). Преди този ток да достигне постоянна постоянна стойност, напрежението на колектора се увеличава. На портата има увеличение на напрежението поради ефекта на Милър.

Токът в колектора се увеличава и може значително да надвиши стойността в равновесно състояние. В този режим не само се изключва каналът MOSFET, но и възможността за ограничаване на напрежението.

Напрежението, приложено към портата на транзистора, зависи пряко от тока на късо съединение в равновесно състояние. Но с намаляване на напрежението на портата на полупроводниковия елемент, става доста интересна картина. Насищащото напрежение се увеличава и в резултат се увеличават загубите на проводимост. Стабилността на транзистора към късо съединение е тясно свързана с стръмността на неговите характеристики.

Ток на късо съединение и печалба

Колкото по-висок е токът в MOSFET, толкова по-ниско е насищащото напрежение. Също така те могат да издържат на претоварване за кратко време. От друга страна полупроводниците, които са по-устойчиви на късо съединение, имат много високо напрежение на насищане. Загубите също са много важни.

По-голяма максимална допустима стойност на тока на късо съединение има пионер на MOSFETs, а не просто биполярен транзистор. Като правило, тя е десет пъти по-висока от номиналния ток (при условие, че напрежението на порта е приемливо). Повечето производители (европейски и азиатски) произвеждат транзистори, които издържат на такива товари и не са повредени.

Шофьор за защита от претоварване над главата

Има различни методи за деактивиране на елементите по време на претоварване. С помощта на водачи от различни производители можете да внедрите каквито и да е защитни функции и най-ефективни. Ако възникне претоварване, е необходимо да се намали напрежението на портата. В този случай разпознаването на аварийния режим се увеличава във времето.

Поради това е възможно да се изключат фалшивите аларми на защитната схема. Ето как да тествате MOSFET: опитайте се да промените стойността на капацитета на кондензатора. Ако времето за реакция за късо съединение се промени, цялата верига работи правилно. Схемата използва няколко елемента, които имат определени отговорности. Например, свързан към изхода на драйвера, "ERR" -capacitor ви позволява да определите времето за анализ на претоварването.

Режим на аварийна работа

За този интервал от време веригата за стабилизиране на тока в колекторната верига се включва. Поради това се намалява напрежението през портата на полупроводниковия елемент. В случай, че няма прекъсване на претоварването, транзисторът се изключва след 10 μs. Защитата е деактивирана, след като сигналът бъде премахнат от входа. Благодарение на това се изпълнява схема за задействаща защита.

Когато се прилага, е необходимо да се обърне внимание на интервала от време, през който се извършва превключването на транзистора MOSFET. Какво е това включване и какви са неговите характеристики? Моля, имайте предвид, че това време трябва да бъде по-дълго от термичната константа (временна) на полупроводниковия кристал, въз основа на която е направен транзисторът.

Недостатъци на електрическата схема

Веригата използва резистори, които имат висока мощност, но имат много висока индуктивност (паразитни, поради използването на някои материали и технологии). И за идеалното функциониране на веригата е необходимо капацитетът да е близо до нула. Резисторите, използвани за измерване на импулсния ток, трябва да отговарят на горното условие. Освен това, резисторите губят огромна мощност. И това влияе върху ефективността на цялата верига на водача на горната част на ръката.

Но има схеми за превключване, които намаляват загубите на енергия. Напрежението на насищане във всеки случай зависи от тока на колектора. Мосфета (това, което се разглежда в статията) тази зависимост демонстрира, може да се каже, линейни, защото съпротивлението на канала (активен) не зависи от тока на изтичане на транзистора. Но за мощни IGBT транзистори тази зависимост не е линейна, но е лесно да изберете напрежение, което ще съответства на необходимия ток на защита.

Трифазен мостов водач

В такива схеми се използва резистор за измерване на текущата стойност. Защитният ток се определя чрез делител на напрежение. IR2130 драйверите са широко популярни, които осигуряват стабилна работа на веригата при напрежение до 600 волта. Веригата включва транзистор от типа поле, който има изтичане (служи за индикация за наличие на неизправности). Един MOSFET на борда е инсталиран с помощта на твърди джъмпери с висококачествена изолация по тези причини. Има усилвател, който генерира определени сигнали за контрол и обратна връзка. С помощта на водача се формира забавено време между превключването на транзисторите на долната и горната част на ръцете, за да се избегне появата на пропускащ ток.

Като правило, в зависимост от модификацията, времето е 0.2 ... 2 μs. В драйвера IR2130, който се използва за осъществяване на защитната схема, няма функция за ограничаване на максималната стойност на напрежението в портата в момента на късо съединение. При проектирането на трифазна раменна система трябва да се помни, че мостът е изключен след 1 μs след началото на късо съединение. Следователно токът (особено когато има активен товар) надвишава изчислената стойност. За да нулирате режима на защита и да се върнете в режим на работа, трябва да изключите захранващото устройство на водача или да подадете напрежение към неговите входове.

Водачите на долната част на ръката

За да се контролират транзисторите на MOSFET на долната ръка, има висококачествени чипове на Motorola, например MC33153. Този драйвер е специален, тъй като може да се използва успешно за два вида защита (напрежение и ток). Има и функция, която разделя двата режима - претоварване и късо съединение. Има възможност за подаване на известно напрежение (отрицателно за контрол). Това е полезно за случаите, когато е необходимо да се контролират модули с висока мощност и достатъчно голяма стойност на зарядното захранване. Режимът на защита IGBT е деактивиран (това са най-близките аналози на MOSFET), след като захранващото напрежение падне под маркировката от 11 волта.