Mofet - ce este? Caracteristici structurale și tehnologice

În acest articol, veți afla despre un element cum ar fi mosfet. Ce este, ce proprietăți posedă, pentru care este folosită în electronica modernă, vor fi descrise mai jos. Puteți întâlni două tipuri de tranzistoare de putere - MOSFET și IGBT. Ele sunt utilizate în convertoare de impuls de mare putere - invertoare, surse de alimentare. Merită să luăm în considerare toate trăsăturile acestor elemente.

Informații de bază

Trebuie remarcat faptul că IGBT și tranzistori mosfet sunt capabili să dea putere foarte mare încărcăturii. Cu toate acestea, dispozitivul va avea dimensiuni foarte mici. Eficiența tranzistorilor depășește 95%. Mospets și IGBT au o trăsătură comună: au închideri izolate, Consecința acestui lucru este parametrii de control similare. Coeficientul de temperatură este negativ pentru aceste dispozitive, ceea ce face posibilă realizarea unor tranzistoare rezistente la scurtcircuit. Până în prezent, mosfeturile cu un timp de suprasarcină normalizat sunt produse de aproape toate firmele.

Drivere pentru management

Deoarece nu există nici un curent în circuitul de comandă, într-un mod static, nu puteți utiliza schema standard de. Este mai rezonabil să folosiți un circuit integrat de conducător auto special. Multe companii fabricarea de dispozitive care vă permit să gestionați tranzistori de putere unice, precum poduri și jumătate de mile (trei faze și două faze). Ele pot efectua o varietate de funcții de sprijin - pentru a proteja împotriva supracurenților sau scurt-circuit, precum și o scădere mare de tensiune în circuitul de conducător auto mosfet. Ce este acest lanț, va fi descris mai detaliat mai jos. Trebuie remarcat faptul că căderea de tensiune pe circuitul de putere de control tranzistor - acesta este un fenomen foarte periculos. Puternicul MOSFET poate comuta la un alt mod de funcționare (liniar), rezultând o defecțiune. Cristalul se supraîncălzește și tranzistorul arde.

Mod de scurtcircuit

Funcția principală a driverului auxiliar este protecția împotriva suprasarcinilor curente. Este necesar să se uite atent la funcționarea tranzistorului de putere într-unul din modurile - scurtcircuit. Supracurentul poate apărea din orice motiv, dar cel mai frecvent este un scurtcircuit în sarcină sau în carcasă. Prin urmare, este necesar să se gestioneze în mod corespunzător mospets.

Suprasolicitarea apare din cauza anumitor caracteristici ale circuitului. Este posibil un proces tranzitoriu sau apariția unui curent de recuperare cu curent invers al unei diode semiconductoare a unuia dintre brațele tranzistorului. Eliminarea acestor supraîncărcări se efectuează prin metoda circuitului. Se folosesc lanțurile de formare a traiectoriei (snubbers), rezistorul este selectat în poartă, circuitul de comandă este izolat de magistrala de curent ridicat și de tensiunea.

Cum se pornește tranzistorul în cazul unui scurtcircuit în sarcină

Atunci când apare o defecțiune în sarcină, curentul din circuitul colector este limitat la o tensiune de la poartă și caracteristicile transconductanță ale tranzistorului. În circuitul de alimentare există, prin urmare, o anumită capacitate rezistența internă sursa însăși nu-și poate exercita influența asupra curentului de scurtcircuit în nici un fel. De îndată ce apare declanșarea, curentul crește fără probleme în tranzistor datorită faptului că există o inductanță parazită în circuitul colector. Același lucru este motivul pentru care există o anumită defecțiune de tensiune.

Fals pozitive

După terminarea tranziției, tranzistorul de putere va fi alimentat complet. Și acest lucru va duce la faptul că o mare putere va fi disipată într-un cristal semiconductor. Prin urmare, se poate concluziona că modul de scurtcircuit trebuie neapărat să fie întrerupt după o anumită perioadă de timp. Ar trebui să fie suficient pentru a exclude fals pozitive. De regulă, valoarea de timp se situează în intervalul 1 ... 10 μs. Caracteristicile tranzistorului ar trebui să fie astfel încât să poată rezista cu ușurință la această suprasarcină.

Impedanța de încărcare cu tranzistorul activat

În mod similar, cu cazul considerat mai sus, curentul este limitat de caracteristicile tranzistorului însuși. Se dezvoltă la o rată determinată de inductanță (parazitară). Înainte ca acest curent să atingă o valoare constantă la starea de echilibru, crește tensiunea colectorului. Pe poartă există o creștere a tensiunii datorită efectului Miller.

Curentul din colector crește și poate depăși în mod semnificativ valoarea la starea de echilibru. Este pentru acest mod nu numai că este dezactivat MOSFET-ul canalului, ci și posibilitatea de limitare a tensiunii.

Tensiunea aplicată la poarta tranzistorului depinde direct de curentul de scurtcircuit la starea de echilibru. Dar, cu o scădere a tensiunii pe poarta elementului semiconductor, are loc o imagine destul de interesantă. Tensiunea de saturație crește și, ca urmare, crește pierderile de conductivitate. Stabilitatea tranzistorului la un scurtcircuit este strâns legată de abrupta caracteristicilor sale.

Curent de scurtcircuit și câștig

Cu cât curentul este mai mare în MOSFET, cu atât este mai mică tensiunea de saturație. Ele sunt, de asemenea, capabile să reziste supraîncărcării pentru o perioadă scurtă de timp. Pe de altă parte, semiconductorii, care sunt mai rezistenți la scurtcircuit, au o tensiune foarte mare de saturație. Pierderile sunt, de asemenea, foarte semnificative.

O valoare maximă maximă admisă a curentului de scurtcircuit are un pionier de mosfetri, mai degrabă decât un tranzistor bipolar simplu. De regulă, este de zece ori mai mare decât curentul nominal (cu condiția ca tensiunea de poartă să fie acceptabilă). Majoritatea producătorilor (europeni și asiatici) produc tranzistoare care rezistă acestor sarcini și nu sunt deteriorate.

Conducător de protecție împotriva supraîncărcării

Există diferite metode de dezactivare a elementelor în timpul supraîncărcării. Cu ajutorul conducătorilor auto de la diferiți producători, puteți implementa orice funcții de protecție și cele mai eficiente. Dacă apare o suprasarcină, este necesar să reduceți tensiunea porții. În acest caz, recunoașterea modului de urgență crește în timp.

Din acest motiv, este posibil să se excludă alarmele false ale circuitului de protecție. Iată cum puteți testa mosfet-ul: încercați să schimbați valoarea capacității condensatorului. Dacă timpul de răspuns pentru scurtcircuit se schimbă, întregul circuit funcționează corect. Schema utilizează mai multe elemente care au anumite responsabilități. De exemplu, conectat la ieșirea driverului, "ERR" -capacitor vă permite să determinați timpul de analiză a suprasarcinilor.

Mod de operare de urgență

Pentru acest interval de timp, circuitul de stabilizare a curentului din circuitul colectorului este pornit. Din acest motiv, tensiunea din poarta elementului semiconductor este redusă. În cazul în care nu se produce oprirea supraîncărcării, tranzistorul se oprește după 10 μs. Protecția este dezactivată după eliminarea semnalului de la intrare. Datorită acestui fapt, este implementată o schemă de protecție împotriva declanșării.

Când se aplică, este necesar să se acorde atenție intervalului de timp prin care se produce comutarea tranzistorului MOSFET. Care este această includere și care sunt caracteristicile sale? Rețineți că acest timp ar trebui să fie mai lung decât constanta termică (temporară) a cristalului semiconductor, pe baza căreia se realizează tranzistorul.

Dezavantaje ale schemei electrice

Circuitul utilizează rezistențe care au putere mare, dar au inductanță foarte mare (parazitare, datorită utilizării unor materiale și tehnologii). Și pentru funcționarea ideală a circuitului, este necesar ca capacitatea să fie aproape de zero. Rezistoarele utilizate pentru măsurarea curentului de impuls trebuie să respecte condiția de mai sus. În plus, rezistorii pierd o putere extraordinară. Și aceasta afectează eficiența întregului circuit de conducere al brațului superior.

Dar există circuite de comutare care reduc pierderile de putere. Tensiunea de saturație depinde în orice caz de curentul colectorului. Mosfet (adică, discutat în articol) arată această relație, se poate spune liniar datorită faptului că de curent tranzistor de scurgere nu depinde de rezistența la canal (activ). Dar tranzistori IGBT puternice această relație nu este liniară, dar puteți selecta cu ușurință tensiunea care corespunde protecției curente necesare.

Conducător de pod trei-fază

În astfel de circuite, un rezistor este, de asemenea, utilizat pentru a măsura valoarea curentă. Curentul de protecție este determinat prin intermediul unui separator de tensiune. Driverele IR2130 sunt foarte populare, care asigură o funcționare stabilă a circuitului la tensiuni de până la 600 Volți. Circuitul include un tranzistor de tip câmp, care are un canal de scurgere (servind pentru a indica prezența defecțiunilor). Un MOSFET pe placa este instalat folosind jumperi tari in izolatie de inalta calitate din aceste motive. Are un amplificator care generează anumite semnale de control și de reacție. Cu ajutorul șoferului, se formează o întârziere de timp între comutarea tranzistorilor brațelor inferioare și superioare pentru a evita apariția unui curent de curent.

De regulă, în funcție de modificare, timpul este de 0,2 ... 2 μs. În driverul IR2130, care este utilizat pentru implementarea circuitului de protecție, nu există nicio funcție care să limiteze valoarea maximă a tensiunii poarta în momentul unui scurtcircuit. La proiectarea unui sistem cu brațe trifazate, trebuie reținut faptul că podul este deconectat după 1 μs după declanșarea unui scurtcircuit. În consecință, curentul (mai ales atunci când există o sarcină activă) depășește valoarea care a fost calculată. Pentru a reseta modul de protecție și a reveni la modul de funcționare, trebuie să opriți sursa de alimentare a șoferului sau să furnizați o tensiune la intrările sale.

Conducătorii brațului inferior

Pentru a controla tranzistorii mosfetului brațului inferior, există chips-uri Motorola de înaltă calitate, de exemplu, MC33153. Acest driver este special, deoarece poate fi folosit cu succes pentru două tipuri de protecție (tensiune și curent). Există, de asemenea, o funcție care separă cele două moduri - suprasarcină și scurtcircuit. Există posibilitatea de a furniza o anumită tensiune (negativă pentru control). Acest lucru este util pentru cazurile în care este necesar să se controleze modulele cu putere mare și o valoare suficient de mare pentru încărcarea porții. Modul de protecție IGBT este dezactivat (acestea sunt cele mai apropiate analogi ai lui Mosfet) după ce tensiunea de alimentare scade sub valoarea de 11 volți.