„MOSFET” to skrót od tranzystora polowego z tlenkiem metalu i półprzewodnikiem. Jest to urządzenie wykonane z trzech materiałów: metalu, tlenku (SiO2 lub SiN) i półprzewodnika. MOSFET jest jednym z najbardziej podstawowych urządzeń w dziedzinie półprzewodników. Niezależnie od tego, czy chodzi o projektowanie układów scalonych, czy o zastosowania obwodów na poziomie płytki, jest to bardzo obszerne. Główne parametry MOSFET-u to ID, IDM, VGSS, V(BR)DSS, RDS(on), VGS(th) itp. Czy je znasz? Firma OLUKEY, jako tajwański producent urządzeń średniego i wysokiego napięcia średniego i niskiego napięciaMOSFETdostawca usług agentowych, ma podstawowy zespół z prawie 20-letnim doświadczeniem, który szczegółowo wyjaśnia różne parametry MOSFET-u!
Opis znaczenia parametrów MOSFET
1. Ekstremalne parametry:
ID: Maksymalny prąd dren-źródło. Odnosi się do maksymalnego prądu, który może przepływać między drenem a źródłem, gdy tranzystor polowy pracuje normalnie. Prąd roboczy tranzystora polowego nie powinien przekraczać ID. Parametr ten maleje wraz ze wzrostem temperatury złącza.
IDM: Maksymalny pulsacyjny prąd dren-źródło. Parametr ten będzie się zmniejszał wraz ze wzrostem temperatury złącza, odzwierciedlając odporność na uderzenia i jest również powiązany z czasem impulsu. Jeśli ten parametr jest zbyt mały, system może być narażony na ryzyko uszkodzenia przez prąd podczas testów OCP.
PD: Maksymalna moc rozproszona. Odnosi się do maksymalnego dopuszczalnego rozproszenia mocy dren-źródło bez pogorszenia wydajności tranzystora polowego. W przypadku użycia rzeczywisty pobór mocy FET powinien być mniejszy niż PDSM i pozostawiać pewien margines. Parametr ten zwykle maleje wraz ze wzrostem temperatury złącza
VDSS: Maksymalne napięcie wytrzymywane dren-źródło. Napięcie dren-źródło, gdy przepływający prąd drenu osiąga określoną wartość (gwałtownie wzrasta) w określonej temperaturze i zwarciu źródła bramki. Napięcie dren-źródło w tym przypadku nazywane jest również napięciem przebicia lawinowego. VDSS ma dodatni współczynnik temperaturowy. W temperaturze -50°C VDSS stanowi około 90% wartości VDSS w temperaturze 25°C. Ze względu na rezerwę zwykle pozostawioną w normalnej produkcji, napięcie przebicia lawinowego MOSFET-u jest zawsze większe niż nominalne napięcie znamionowe.
OLUKEYCiepłe wskazówki: Aby zapewnić niezawodność produktu, w najgorszych warunkach pracy zaleca się, aby napięcie robocze nie przekraczało 80 ~ 90% wartości znamionowej.
VGSS: Maksymalne napięcie wytrzymywane bramka-źródło. Odnosi się do wartości VGS, gdy prąd wsteczny między bramką a źródłem zaczyna gwałtownie rosnąć. Przekroczenie tej wartości napięcia spowoduje przebicie dielektryczne warstwy tlenku bramki, co jest rozkładem niszczącym i nieodwracalnym.
TJ: Maksymalna temperatura złącza roboczego. Zwykle wynosi 150 ℃ lub 175 ℃. W warunkach pracy określonych w konstrukcji urządzenia należy unikać przekraczania tej temperatury i pozostawić pewien margines.
TSTG: zakres temperatur przechowywania
Te dwa parametry, TJ i TSTG, kalibrują zakres temperatur złącza dozwolony w środowisku pracy i przechowywania urządzenia. Ten zakres temperatur jest ustawiony tak, aby spełniać minimalne wymagania dotyczące żywotności urządzenia. Jeśli urządzenie będzie działać w tym zakresie temperatur, jego żywotność znacznie się wydłuży.
2. Parametry statyczne
Warunki testowe MOSFET to zazwyczaj 2,5 V, 4,5 V i 10 V.
V(BR)DSS: Napięcie przebicia dren-źródło. Odnosi się do maksymalnego napięcia dren-źródło, jakie tranzystor polowy może wytrzymać, gdy napięcie bramki VGS wynosi 0. Jest to parametr ograniczający, a napięcie robocze przyłożone do tranzystora polowego musi być mniejsze niż V(BR) DSS. Ma dodatnie właściwości temperaturowe. Dlatego też wartość tego parametru w warunkach niskiej temperatury należy traktować ze względów bezpieczeństwa.
△V(BR)DSS/△Tj: Współczynnik temperaturowy napięcia przebicia dren-źródło, zazwyczaj 0,1 V/℃
RDS(on): W pewnych warunkach VGS (zwykle 10 V), temperatury złącza i prądu drenu, maksymalna rezystancja pomiędzy drenem a źródłem, gdy MOSFET jest włączony. Jest to bardzo ważny parametr określający moc pobieraną po włączeniu MOSFET-u. Parametr ten zwykle wzrasta wraz ze wzrostem temperatury złącza. Dlatego też do obliczeń strat i spadków napięcia należy przyjąć wartość tego parametru przy najwyższej temperaturze złącza roboczego.
VGS(th): napięcie włączenia (napięcie progowe). Kiedy zewnętrzne napięcie sterujące bramką VGS przekracza VGS(th), powierzchniowe warstwy inwersyjne obszarów drenu i źródła tworzą połączony kanał. W zastosowaniach napięcie bramki, gdy ID jest równe 1 mA w warunkach zwarcia drenu, jest często nazywane napięciem włączenia. Parametr ten generalnie maleje wraz ze wzrostem temperatury złącza
IDSS: nasycony prąd dren-źródło, prąd dren-źródło, gdy napięcie bramki VGS=0 i VDS ma określoną wartość. Generalnie na poziomie mikroampera
IGSS: prąd napędu bramka-źródło lub prąd wsteczny. Ponieważ impedancja wejściowa MOSFET-u jest bardzo duża, IGSS ma zazwyczaj poziom nanoamperów.
3. Parametry dynamiczne
gfs: transkonduktancja. Odnosi się do stosunku zmiany prądu wyjściowego drenu do zmiany napięcia bramka-źródło. Jest to miara zdolności napięcia bramki do kontrolowania prądu drenu. Proszę spojrzeć na wykres relacji transferu pomiędzy gfs i VGS.
Qg: Całkowita pojemność ładowania bramki. MOSFET jest urządzeniem napędowym typu napięciowego. Proces napędzania to proces ustalania napięcia bramki. Osiąga się to poprzez ładowanie pojemności pomiędzy źródłem bramki a drenem bramki. Aspekt ten zostanie szczegółowo omówiony poniżej.
Qgs: Pojemność ładowania źródła bramki
Qgd: ładunek od bramki do drenażu (z uwzględnieniem efektu Millera). MOSFET jest urządzeniem napędowym typu napięciowego. Proces napędzania to proces ustalania napięcia bramki. Osiąga się to poprzez ładowanie pojemności pomiędzy źródłem bramki a drenem bramki.
Td(on): czas opóźnienia przewodzenia. Czas od wzrostu napięcia wejściowego do 10% do momentu spadku VDS do 90% swojej amplitudy
Tr: czas narastania, czas spadku napięcia wyjściowego VDS z 90% do 10% jego amplitudy
Td(off): Czas opóźnienia wyłączenia, czas od spadku napięcia wejściowego do 90% do momentu, gdy VDS wzrośnie do 10% napięcia wyłączenia
Tf: Czas opadania, czas wzrostu napięcia wyjściowego VDS z 10% do 90% jego amplitudy
Ciss: pojemność wejściowa, zewrzyj dren i źródło i zmierz pojemność między bramką a źródłem za pomocą sygnału prądu przemiennego. Ciss= CGD + CGS (zwarcie CDS). Ma to bezpośredni wpływ na opóźnienia włączenia i wyłączenia urządzenia.
Coss: Pojemność wyjściowa, zewrzyj bramkę i źródło i zmierz pojemność między drenem a źródłem za pomocą sygnału AC. Cos = CDS + CGD
Crss: Pojemność transmisji zwrotnej. Przy źródle podłączonym do masy zmierzona pojemność pomiędzy drenem a bramką Crss=CGD. Jednym z ważnych parametrów przełączników jest czas narastania i opadania. Crss=CGD
Pojemność międzyelektrodowa i pojemność indukowana MOSFET-em MOSFET są podzielone przez większość producentów na pojemność wejściową, pojemność wyjściową i pojemność sprzężenia zwrotnego. Podane wartości dotyczą stałego napięcia dren-źródło. Pojemności te zmieniają się wraz ze zmianą napięcia dren-źródło, a wartość pojemności ma ograniczony wpływ. Wartość pojemności wejściowej daje jedynie przybliżone wskazanie ładowania wymaganego przez obwód sterownika, podczas gdy informacja o ładowaniu bramki jest bardziej użyteczna. Wskazuje ilość energii, którą bramka musi naładować, aby osiągnąć określone napięcie bramka-źródło.
4. Parametry charakterystyczne przebicia lawinowego
Parametr charakterystyki przebicia lawinowego jest wskaźnikiem zdolności MOSFET-a do wytrzymania przepięcia w stanie wyłączonym. Jeżeli napięcie przekroczy napięcie graniczne dren-źródło, urządzenie przejdzie w stan lawinowy.
EAS: Energia rozpadu lawiny w pojedynczym impulsie. Jest to parametr graniczny, wskazujący maksymalną energię przebicia lawinowego, jaką może wytrzymać MOSFET.
IAR: prąd lawinowy
Ucho: Powtarzająca się energia rozpadu lawiny
5. Parametry diody in vivo
IS: Ciągły maksymalny prąd jałowy (ze źródła)
ISM: maksymalny prąd swobodnego impulsu (ze źródła)
VSD: spadek napięcia w kierunku przewodzenia
Trr: odwrócony czas przywracania
Qrr: Odzyskiwanie ładunku zwrotnego
Tona: Czas przewodzenia do przodu. (w zasadzie znikome)
Definicja czasu włączenia i wyłączenia MOSFET-u
Podczas procesu aplikacyjnego często należy wziąć pod uwagę następujące cechy:
1. Charakterystyka dodatniego współczynnika temperaturowego V (BR) DSS. Ta cecha, która różni się od urządzeń bipolarnych, czyni je bardziej niezawodnymi w miarę wzrostu normalnej temperatury pracy. Ale należy również zwrócić uwagę na jego niezawodność podczas rozruchu na zimno w niskiej temperaturze.
2. Charakterystyka ujemnego współczynnika temperaturowego V(GS)th. Potencjał progowy bramki zmniejszy się do pewnego stopnia wraz ze wzrostem temperatury złącza. Niektóre promieniowanie również obniży ten potencjał progowy, prawdopodobnie nawet poniżej potencjału 0. Ta funkcja wymaga od inżynierów zwrócenia uwagi na zakłócenia i fałszywe wyzwalanie tranzystorów MOSFET w takich sytuacjach, szczególnie w przypadku zastosowań MOSFET o niskim potencjale progowym. Ze względu na tę charakterystykę czasami konieczne jest zaprojektowanie potencjału pozanapięciowego sterownika bramki na wartość ujemną (w odniesieniu do typu N, typu P itd.), aby uniknąć zakłóceń i fałszywego wyzwalania.
3. Charakterystyka dodatniego współczynnika temperaturowego VDSon/RDSo. Cecha polegająca na tym, że VDSon/RDSon nieznacznie wzrasta wraz ze wzrostem temperatury złącza, umożliwia bezpośrednie równoległe użycie tranzystorów MOSFET. Urządzenia bipolarne są pod tym względem zupełnie odwrotne, więc ich równoległe użycie staje się dość skomplikowane. RDSon również nieznacznie wzrośnie wraz ze wzrostem ID. Ta charakterystyka oraz dodatnia charakterystyka temperaturowa złącza i powierzchni RDSon umożliwiają MOSFETowi uniknięcie wtórnego uszkodzenia, jak w przypadku urządzeń bipolarnych. Należy jednak zauważyć, że wpływ tej funkcji jest dość ograniczony. W przypadku zastosowań równoległych, push-pull lub innych, nie można całkowicie polegać na samoregulacji tej funkcji. Nadal potrzebne są pewne podstawowe środki. Ta cecha wyjaśnia również, że straty przewodzenia stają się większe w wysokich temperaturach. Dlatego przy obliczaniu strat należy zwrócić szczególną uwagę na dobór parametrów.
4. Charakterystyka ujemnego współczynnika temperaturowego ID, zrozumienie parametrów MOSFET i jego głównych cech charakterystycznych ID znacznie się zmniejszy wraz ze wzrostem temperatury złącza. Ta cecha powoduje, że często podczas projektowania konieczne jest uwzględnienie jego parametrów identyfikacyjnych w wysokich temperaturach.
5. Charakterystyka ujemnego współczynnika temperaturowego zdolności lawinowej IER/EAS. Po wzroście temperatury złącza, mimo że MOSFET będzie miał większy V(BR)DSS, należy zauważyć, że EAS zostanie znacznie zmniejszony. Oznacza to, że jego zdolność do wytrzymywania lawin w wysokich temperaturach jest znacznie słabsza niż w normalnych temperaturach.
6. Zdolność przewodzenia i wydajność odzyskiwania zwrotnego diody pasożytniczej w MOSFET-ie nie są lepsze niż w przypadku zwykłych diod. Nie przewiduje się, aby był on stosowany w projekcie jako główny nośnik prądu w pętli. Diody blokujące są często połączone szeregowo, aby unieważnić diody pasożytnicze w ciele, a dodatkowe diody równoległe służą do utworzenia nośnika elektrycznego obwodu. Można go jednak uznać za nośnik w przypadku krótkotrwałego przewodzenia lub niektórych małych wymagań prądowych, takich jak prostowanie synchroniczne.
7. Gwałtowny wzrost potencjału drenu może powodować fałszywe wyzwalanie napędu bramki, dlatego należy rozważyć tę możliwość w dużych zastosowaniach dVDS/dt (obwody szybkiego przełączania wysokiej częstotliwości).
Czas publikacji: 13 grudnia 2023 r
