"Mosfet" - kas tai? Struktūriniai ir technologiniai bruožai

Šiame straipsnyje mes kalbėsime apie tokį elementą kaip " MOSFET". Kokia tai, kokios savybės ji turi, kokia ji naudojama šiuolaikinėje elektronikoje, bus aprašyta toliau. Jūs galite susidurti su dviejų tipų galios tranzistoriais - MOSFET ir IGBT. Jie naudojami didelio galingumo impulsų keitikliuose - inverteriuose, maitinimo šaltiniuose. Verta apsvarstyti visas šių elementų savybes.

Pagrindinė informacija

Reikėtų pažymėti, kad IGBT ir MOSFET tranzistoriai gali tiekti labai didelę apkrovą. Visa tai prietaisas bus labai mažas. Transistorių našumas viršija 95%. "Mosfets" ir "IGBT" turi vieną bendrą požymį - jie turi izoliuoti langines, o dėl to - panašūs kontrolės parametrai. Šiems prietaisams temperatūros koeficientas yra neigiamas, todėl galima pagaminti tranzistorius, kurie yra atsparūs trumpam jungimui. Iki šiol beveik visos įmonės gamina mečetes su normalizuotu perkrovos laiku.

Vadovai

Kadangi valdymo grandinėje nėra srovės, statiniame režime galima nenaudoti standartinių grandinių. Tai labiau pagrįsta naudotis specialiu vairuotoju - integruota grandine. Daugelis kompanijų gamina prietaisus, leidžiančius valdyti vienintelio galingumo tranzistorius, taip pat tiltus ir pusinius tiltus (trifazių ir dviejų fazių). Jie gali atlikti įvairias pagalbines funkcijas - apsaugoti nuo dabartinės perkrovos ar trumpojo jungimo, taip pat nuo didelės įtampos kritimo MOSFET valdymo grandinėje. Kokia yra ši grandinė, bus išsamiau apibūdinta toliau. Verta paminėti, kad galios tranzistoriaus valdymo grandinės įtampos kritimas yra labai pavojingas reiškinys. Galingas MOSFET gali pereiti į kitą režimą (linijinis), dėl kurio sugedo. Kristalai perkaista ir tranzistorius nudegina.

Trumpojo jungimo režimas

Pagrindinė pagalbinio vairuotojo funkcija yra apsauga nuo esamų perkrovų. Būtina kruopščiai pažvelgti į galios tranzistoriaus veikimą viename iš režimų - trumpojo jungimo. Dėl viršijančio srovės gali atsirasti bet kokios priežasties, tačiau dažniausiai trūksta apkrovos ar korpuso. Todėl būtina tinkamai valdyti mozetes.

Perkrovimas įvyksta dėl tam tikrų grandinės savybių. Galimas puslaidininkio diodo iš vienos tranzistorinės rankos laikinasis arba atvirkštinis srovės išvedimas. Tokių perkrovų pašalinimas atliekamas grandinės metodu. Naudojamos trajektorijos formavimo grandinės (snubber), rezistorius yra pasirinktas vartuose, valdymo grandinė yra izoliuota nuo didelio srovės magistralės ir įtampos.

Kaip tranzistorius įsijungia, kai trikdomas krovinys

Kai apkrovoje susiduria trumpas jungimas, kolektoriaus grandinės srovė ribota tam tikra įtampa vartuose, taip pat pačiame tranzistoriaus charakteristikų nuolydis. Tiekimo grandinėje yra tam tikrų pajėgumų, taigi paties šaltinio vidinis atsparumas neturi įtakos trumpojo jungimo srovei. Kai tik įjungiama, srovė tolygiai padidėja tranzistoriuje dėl to, kad kolektoriaus grandinėje yra parazitinė indukcija. Tas pats faktas yra tai, kad yra tam tikros įtampos gedimo.

Klaidingi teigiami

Praėjus trumpajam laikui, galios tranzistorius bus visiškai įjungtas. Tai lemia tai, kad didelė galia bus išskaidyta į puslaidininkių kristalą. Taigi galima daryti išvadą, kad trumpojo jungimo režimas būtinai turi būti nutrauktas po tam tikro laiko. Tai turėtų pakakti, kad būtų išvengta klaidingo paleidimo. Paprastai laiko vertė yra 1 ... 10 μs intervalas. Transistoriaus charakteristikos turi būti tokios, kad lengvai atitiktų šią perkrovą.

Įkraukite varžą su tranzistoriumi

Panašiai, atsižvelgiant į pirmiau minėtą atvejį, srovė yra ribota paties tranzistoriaus savybių. Jis auga tokiu greičiu, kurį lemia induktyvumas (parazitinis). Kol ši srovė nepasiekia pastovios būsenos vertės, kolektoriaus įtampa didėja. Dėl vartuose dėl Millerio efekto padidėja įtampa.

Srautas kolektoriuje didėja ir gali žymiai viršyti pastoviosios vertės vertę. Šio režimo atveju ne tik išjungtas kanalo MOSFET, bet ir galimybė apriboti įtampą.

Į tranzistoriaus vartus įjungta įtampa tiesiogiai priklauso nuo stacionariojo trumpojo jungimo srovės. Tačiau dėl įtampos mažėjimo puslaidininkių elementų vartuose vyksta gana įdomus vaizdas. Srauto įtampa didėja, todėl padidėja laidumo nuostoliai. Trumpojo jungimo stabilumas yra glaudžiai susijęs su jo savybių kietumu.

Trumpojo jungimo srovė ir gedimas

Kuo didesnė srovė MOSFET sistemoje, tuo mažesnė įtampos srovė. Jie taip pat gali išlaikyti perkrautą trumpą laiką. Kita vertus, puslaidininkiai, kurie yra atsparesni trumpam jungimui, turi labai didelę įtampą. Nuostoliai taip pat yra labai reikšmingi.

Didesnė didžiausia leistina trumpojo jungimo srovės vertė turi "MOSFET" pionierius nei paprastas bipolinis tranzistorius. Paprastai jis yra dešimt kartų didesnis už vardinę srovę (su sąlyga, kad įtampa įtampai yra priimtina). Dauguma gamintojų (Europos ir Azijos) gamina tranzistorius, kurie atlaiko tokias apkrovas ir nėra pažeisti.

Apsaugos nuo viršįtampio apsauga

Perkrovos metu elementai gali būti išjungiami įvairiais būdais. Naudodami skirtingų gamintojų vairuotojus, galite įgyvendinti visas apsaugines funkcijas ir efektyviausias. Jei atsiranda perkrova, būtina sumažinti variklio įtampą. Šiuo atveju avarinis režimas pripažįstamas laiku.

Dėl to galima pašalinti apsaugos grandinės klaidingą signalizaciją. Štai kaip patikrinti MOSFET: pabandykite keisti kondensatoriaus talpos vertę. Jei pasikeičia trumpojo jungimo reakcijos laikas, visa grandinė veikia teisingai. Schemoje naudojami keli elementai, turintys tam tikrų pareigų. Pavyzdžiui, prijungtas prie tvarkyklės išvesties, "ERR" kondensatorius leidžia jums nustatyti perkrovų analizės laiką.

Avarinio veikimo režimas

Šiuo laiko tarpu įjungiama dabartinė reguliavimo grandinė kolektoriaus grandinėje. Dėl to sumažėja puslaidininkio elemento įtampa per vartus. Tuo atveju, kai nevyksta perkrova, tranzistorius išsijungia po 10 μs. Apsauga išjungiama, kai signalas yra pašalinamas iš įvesties. Dėl šios priežasties įdiegiama apsaugos priemonė.

Kai jis taikomas, reikia atkreipti dėmesį į laiką, per kurį vyksta MOSFET tranzistoriaus perjungimas. Kokia yra ši įtrauktis ir kokios jos savybės? Atkreipkite dėmesį, kad šis laikas turėtų būti ilgesnis nei puslaidininkio kristalo šilumos konstanta (laikina), kurios pagrindu sudarytas tranzistorius.

Elektros schemos trūkumai

Ši grandinė naudoja aukštos įtampos rezistorius, tačiau jie turi labai didelę induktyvumą (parazitinė dėl tam tikrų medžiagų ir technologijų naudojimo). Ir idealiai veikiant grandinei, būtina, kad talpa būtų artima nuliui. Imtuvo srovės matavimo rezistoriai turi atitikti pirmiau nurodytą sąlygą. Be to, rezistoriai praranda milžinišką galią. Tai daro įtaką viso vairuotojo grandinės efektyvumui.

Tačiau yra perjungimo grandinės, kurios sumažina galios nuostolius. Siurblio įtampa bet kokiu atveju priklauso nuo kolektoriaus srovės. "Mosfet" (kas tai yra, laikoma straipsnyje), ši priklausomybė, tiesiškai sakant, rodo, kad kanalo pasipriešinimas (aktyvus) nepriklauso nuo srovės, esančios tranzistoriaus nutekėjime. Tačiau galingiems IGBT tranzistoriams ši priklausomybė nėra linijinė, tačiau lengva pasirinkti įtampą, atitinkančią reikalaujamą dabartinę apsaugą.

Trifazis tilto vairuotojas

Tokiose grandinėse, rezistorius taip pat naudojamas dabartinei vertei matuoti. Apsaugos srovė nustatoma įtampos dalikliu. IR2130 vairuotojai yra labai populiarūs, kurie užtikrina stabilų grandinės veikimą iki 600 voltų įtampos. Ši grandinė apima lauko tipo tranzistorius, kuris turi nutekėjimą (jis nurodo, kad yra sutrikimų). Dėl šių priežasčių "MOSFET" ant plokštės yra sumontuotas naudojant aukštos kokybės izoliaciją. Jis turi stiprintuvą, kuris generuoja tam tikrus valdymo ir atsiliepimų signalus. Su vairuotoju pagalba susidaro laiko tarpas tarp apatinės ir viršutinės rankos tranzistorių perjungimo, kad būtų išvengta per srovės atsiradimo.

Paprastai, priklausomai nuo modifikavimo, laikas yra 0,2 ... 2 μs. IR2130 vairuotojui, kuris naudojamas apsauginei grandinei įjungti, nėra jokios funkcijos riboti didžiausią įėjimo įtampos vertę trumpojo jungimo momentu. Projektuodami trifazę svirties sistemą atminkite, kad tiltas atjungtas po 1 μs po trumpojo jungimo. Todėl dabartinė (ypač kai yra aktyvi apkrova) viršija apskaičiuotą vertę. Norint iš naujo nustatyti apsaugos režimą ir grįžti į darbo režimą, turite išjungti maitinimo šaltinį arba maitinti įtampą.

Apatinės rankos vairuotojai

Siekiant kontroliuoti apatinės rankos MOSFET tranzistorius, yra aukštos kokybės "Motorola" lustai, pavyzdžiui, MC33153. Šis vairuotojas yra ypatingas, nes jis gali būti sėkmingai naudojamas dviejų tipų apsaugai (įtampa ir srovė). Taip pat yra funkcija, kuri atskiria du režimus - perkrovos ir trumpojo jungimo. Yra galimybė tiekti tam tikrą įtampą (neigiama kontrolei). Tai naudinga tais atvejais, kai reikia valdyti didelio galingumo modulius ir pakankamai didelę vartų kainą. IGBT apsaugos režimas yra išjungtas (tai yra artimiausi "Mosfet" analogai), kai maitinimo įtampa nukrenta žemiau 11 voltų.