Tranzystory MOSFET

Układy elektroniki przemysłowej – wykład 1.
Tranzystory MOSFET
Porównanie przyrządów półprzewodnikowych
ELEMENT UNIPOLARNY
1. przewodzenie przez nośniki większościowe
2. brak efektu gromadzenia ładunku
3. mała zależność szybkości przełączania od temperatury
4. prąd przewodzenia na skutek zjawiska dryftu – proces szybki
5. sterowanie napięciowe
6. pojemnościowa impedancja wejściowa
7. „prosty” układ sterowania
8. ujemny temperaturowy prądu
9. łatwe łączenie równoległe
10. mała wrażliwość na przebicie wtórne
11. charakterystyki u-i typu liniowego dla dużych prądów
12. względnie duża wartość rezystancji przewodzenia
13. prąd drenu proporcjonalny do szerokości kanału
14. mała transkonduktancja
15. napięcie odkłada się na słabo domieszkowanym obszarze między kanałem a drenem
ELEMENT BIPOLARNY
1. przewodzenie przez nośniki obu typów
2. gromadzenia ładunku
3. duża zależność szybkości przełączania od temperatury
4. prąd przewodzenia na skutek zjawiska dyfuzji – proces wolny
5. sterowanie prądowe
6. mała impedancja wejściowa
7. złożony układ sterowania
8. dodatni temperaturowy prądu
9. trudne łączenie równoległe
10. wrażliwość na przebicie wtórne
11. charakterystyki u-i typu eksponencjalnego
12. mała wartość rezystancji przewodzenia
13. prąd kolektora proporcjonalny do powierzchni obszaru emitera
14. duża transkonduktancja
15. napięcie odkłada się na słabo domieszkowanym obszarze między bazą a kolektora
Charakterystyki statyczne, SOA i schemat zastępczy
Pojemności pasożytnicze
CGS – duża, w przybliżeniu stała
CGD – mała, silnie nieliniowa
CDS – pośrednia, silnie nieliniowa
Czas przełączania jest zależny od szybkości
przeładowania CGS/CGD
Atak prądowy
VGS IG
[V] [mA]
15
1
10
0
IG
VGS
5
0
VD
[V]
Qgd
ID
[A]
100
10
50
5
0
0
Qgs
ID
Qg
VDS
80
160
240
320
t [us]
RF MOSFET serii DE
Tranzystory CoolMOS
Sterowniki MOSFET-ów
Podział sterowników:
ze względu na separację galwaniczną: sterowniki z izolacją obwodu sterowania od obwodu mocy (z zastosowanie transformatora
izolacyjnego lub łącznika optycznego), sterowniki bez izolacji obwodu sterowania od obwodu moc;
ze względu na położenie tranzystora: sterowniki do tranzystorów na niskim potencjale, sterowniki do tranzystorów na wysokim
potencjale, sterowniki do tranzystorów na wysokim i niskim potencjale;
ze względu na dodatkowe funkcje zabezpieczające: sterowniki z zabezpieczeniami przed zwarciem, z zabezpieczeniami przed
przepięciem, z zabezpieczeniem przed przekroczeniem temperatury złącza, z zabezpieczeniami pod - i nadnapięciowym.
E
D
Pwej
Pwyj
ηD
Pdr
ηC
Um
[V]
220
0.4
[W]
908
[W]
799
[%]
88
[W]
23.8
[%]
86
[V]
750
uDS [ V ]
uGS [ V ]
Przykład 1 użycia tranzystora MOSFET – falownik 16MHz, 800W (RF MOSFET serii DE: DE375-102N10A)
12
8
4
0
800
600
400
200
0
200
E
iL1
RL1 C2
L2
RL2
LR
DE375-102N10A
CE
100
0
-100
DEIC420
f=16MHz
D=var
uR [ V ]
L1
C1
Drajwer
uDS
uR
R
-200
0
uGS
40
80
120
160
200
time [ ns]
Przykład 2 użycia tranzystora MOSFET - falownik 1MHz, 500W (CoolMOS: SPP20N65C3)
L1 RL1 iI
C2 L2 RL2
LF
E D Pwej Pwyj Pstr η ∆T RDS(on) Um
iC3
[V]
- [W] [W] [W] [%] [˚C] [Ω] [V]
iO
C3
210 0.35 542 527 15 97.2 27.9 0.182 455
T
LR
VI
L3
vT
CF
PI vG
C1
PD
RL3
PO
R
Zastosowania:
1) Nagrzewanie indukcyjne i dielektryczne
2) Przetwornice częstotliwościowe DC/DC
3) Indukcyjna generacja plazmy
4) Radiokomunikacja
5) Zastosowania medyczne
6) Przetworniki ultradźwiękowe
Najważniejsze materiały źródłowe:
Napieralska M., Napieralski A.: Polowe półprzewodnikowe przyrządy dużej mocy,WNT, Warszawa 1995,
Noty aplikacyjne i katalogi: www.irf.com, www.ixysrf.com.