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