Przełączniki sterowane
Transkrypt
Przełączniki sterowane
Przełączniki sterowane Tranzystory: bipolarne pojedyncze i tzw. darlingtony, polowe MOSFET (lub złączowe), IGBT (bipolarne z izolowaną bramką). Tyrystory: zwykłe (SCR), wyłączalne bramką (GTO), z izolowaną bramką (MCT), diaki i triaki. Inne – np. SIT. Przełączniki sterowane Tranzystory bipolarne zwykłe – współcześnie rzadko stosowane; tyrystory – do przełączania dużych mocy, przy niewielkich częstotliwościach kluczowania (do kilkunastu kHz). Największe znaczenie –MOSFET i IGBT. Przełączniki sterowane MOSFET: szybsze przełączanie ale (typowo) nieco większy spadek napięcia w stanie przewodzenia niż w IGBT; korzystniejsze od IGBT przy sterowaniu niezbyt dużymi mocami (do kilku kW); zastosowania: przetwornice DCDC, aktywne korektory współczynnika mocy, praca z dużymi częstotliwościami kluczowania (kilkadziesiąt kHz do powyżej 1 MHz). Tranzystory MOSFET Zasada budowy: wykorzystanie struktury metalizolator-półprzewodnik z dodatkowymi obszarami źródła (source) i drenu (drain). Zakres rozwiązao konstrukcyjnych i zastosowao bardzo szeroki. Struktury MOS o bardzo małych rozmiarach to główne elementy układów scalonych. W najnowszych typach układów scalonych – do jednego miliarda elementarnych tranzystorów MOSFET. Tranzystory MOSFET Kanał wbudowany n: Tranzystory MOSFET Kanał indukowany n: • Najczęściej kanał n (Si: mn = 3mp). • Obszary pracy (dla uBS = 0) • Normalny (uDS>0) i odwrotny (uDS<0). • Normalny: • Odcięcie uGS < UP • Nienasycenie uGS – UP > uDS > 0 • Nasycenie 0 < uGS – UP < uDS. • Model stałoprądowy wielkosygnałowy: •Odcięcie : iDS = 0 •Nienasycenie: iDS B uGS U P u DS 2 DS u 2 •Nasycenie: iDS B0 1 2 1 uDS U D 0 uGS U P uGS U P Przybliżenie: iDS B uGS 2 UP 2 2 B W COX L W 0 L tOX OX Charakterystyka przenoszenia dla uDS = const. Charakterystyki wyjściowe: uGS 3 uGS 2 uGS1 UP Tranzystory MOSFET Praca w charakterze przełącznika sterowanego (kanał n) • Odcięcie (przełącznik rozwarty), uGS < UP ; iD = 0. • Zakres „liniowy” (silne nienasycenie), uGS – UP >> uDS (przełącznik prawie zwarty). • Zakres pośredni – obszar nasycenia. Tranzystory MOSFET W zakresie „liniowym”: Tranzystory MOSFET Całkowita rezystancja D-S w zakresie liniowym: Tranzystory MOSFET rS – pasożytnicza rezystancja półprzewodnika i doprowadzeo, głównie rezystancja warstwy drenu. Potrzebne małe rCH i małe rS. Wymagane duże B; równoległe łączenie wielu struktur elementarnych. Wskazane silne domieszkowanie obszaru drenu, ale wtedy małe napięcie przebicia. Model wielkosygnałowy dynamiczny dla u BS 0 MOSFET-y dyskretne dużej mocy: specjalne konstrukcje drenu, wielosegmentowe. wspólny dla wielu Obszar segmentów, połączony z metalową częścią obudowy (dołączaną do radiatora). MOSFET-y dyskretne dużej mocy: specjalne konstrukcje drenu, wielosegmentowe. wspólny dla wielu Obszar segmentów, połączony z metalową częścią obudowy (dołączaną do radiatora). Przykład informacji katalogowych