ماسفت چیست؟  

   
        معنی اصلی ماسفت این است: MOS (نیمه رسانای اکسید فلز)، FET (ترانزیستور اثر میدانی)، یعنی ترانزیستور اثر میدانی که نیمه هادی (S) را با اثر میدان الکتریکی با دروازه لایه فلزی (M) کنترل می کند. ) از طریق لایه اکسید (O).ساختار ماسفت قدرت

ساختار داخلی و نماد الکتریکی ماسفت قدرت در شکل نشان داده شده است. می توان آن را به نوع NPN و نوع PNP تقسیم کرد. نوع NPN معمولاً نوع n کانال و نوع PNP معمولاً نوع کانال p نامیده می شود. همانطور که در شکل دیده میشود. 1، منبع و تخلیه FET کانال N به نیمه هادی نوع N وصل شده و منبع و تخلیه FET کانال P به نیمه هادی نوع P متصل می شود. می دانیم که تریود عمومی جریان خروجی را توسط جریان ورودی کنترل می کند. با این حال، برای FET، جریان خروجی آن توسط ولتاژ ورودی (یا ولتاژ میدان) کنترل می شود. می توان در نظر گرفت که جریان ورودی بسیار کم است یا جریان ورودی وجود ندارد که باعث می شود دستگاه دارای امپدانس ورودی بالایی باشد و به همین دلیل به آن FET می گوییم.

       اصل کار ماسفت قدرت
   
       قطع: منبع تغذیه مثبت بین تخلیه و منبع اعمال می شود و ولتاژ بین گیت و منبع صفر است. اتصال PN J1 که بین ناحیه P-base و ناحیه N-drift تشکیل شده است معکوس است و هیچ جریانی بین درین و منبع جریان ندارد.

رسانایی: یک UGS ولتاژ مثبت بین دروازه و منبع اعمال می شود. دروازه عایق است، بنابراین هیچ جریان دروازه ای جریان نخواهد داشت. با این حال، ولتاژ مثبت گیت، حفره‌های ناحیه P زیر آن را از بین می‌برد و حامل‌های اقلیت و الکترون‌ها در ناحیه P را به سطح ناحیه P زیر دروازه جذب می‌کند.هنگامی که UGS بزرگتر از UT (ولتاژ روشن یا ولتاژ آستانه) باشد، غلظت الکترون در سطح ناحیه P زیر دروازه از غلظت حفره فراتر می رود که نیمه هادی نوع P را به نوع N معکوس می کند و تبدیل می شود. یک لایه وارونگی لایه وارونگی یک کانال N تشکیل می دهد تا اتصال PN J1 ناپدید شود و تخلیه و منبع رسانا خواهند بود.ویژگی های اساسی ماسفت های قدرتی
   
          خصوصیات استاتیکی:        

مشخصات انتقال و مشخصه های خروجی آن در شکل 2 نشان داده شده است.

 
 

رابطه بین شناسه جریان تخلیه و UGS ولتاژ منبع گیت، مشخصه انتقال ماسفت نامیده می شود. وقتی ID بزرگ است، رابطه بین ID و UGS تقریباً خطی است و شیب منحنی به عنوان transconductance Gfs تعریف می شود.

ویژگی های VA (ویژگی های خروجی) تخلیه ماسفت: منطقه برش (مرتبط با منطقه برش GTR). ناحیه اشباع (مرتبط با ناحیه تقویت GTR)؛ ناحیه غیراشباع (مرتبط با ناحیه اشباع GTR). ماسفت برق در حالت سوئیچینگ کار می کند، یعنی بین ناحیه قطع و ناحیه غیراشباع سوئیچ می کند. بین تخلیه و منبع تغذیه ماسفت یک دیود انگلی وجود دارد و هنگامی که ولتاژ معکوس بین تخلیه و منبع اعمال می شود، دستگاه روشن می شود. مقاومت در حالت روشن ماسفت قدرت دارای ضریب دمایی مثبت است، که برای اشتراک جریان زمانی که دستگاه ها به صورت موازی متصل می شوند مفید است.
            ویژگی های دینامیکی:

مدار تست و شکل موج فرآیند سوئیچینگ در شکل 3 نشان داده شده است.

 

زمان تأخیر روشن کردن Td(روشن) زمان تأخیر روشن کردن، زمانی است که ولتاژ منبع گیت به 10 درصد ولتاژ محرک گیت افزایش می یابد تا زمانی که جریان نشتی به 10 درصد جریان مشخص شده افزایش می یابد.Tr Rise Time-Rise مدت زمانی است که طول می کشد تا جریان تخلیه از 10% به 90% برسد. مقدار حالت پایدار iD توسط ولتاژ منبع تغذیه تخلیه UE و مقاومت بار تخلیه تعیین می شود. اندازه UGSP با مقدار حالت پایدار iD مرتبط است. پس از اینکه UGS به UGSP رسید، تحت عمل up تا زمانی که به حالت پایدار برسد به بالا رفتن ادامه می‌دهد، اما ID تغییر نکرده است. ??زمان باز شدن به مجموع زمان تأخیر باز شدن و زمان افزایش.زمان تأخیر خاموش کردن Td(خاموش) زمان تأخیر خاموش کردن، زمانی است که ولتاژ منبع گیت به 90 درصد ولتاژ محرک گیت کاهش می یابد تا زمانی که جریان نشتی به 90 درصد جریان مشخص شده کاهش می یابد. این تاخیر قبل از انتقال جریان به بار را نشان می دهد.Tf Fall Time-زمان سقوط زمانی است که طول می کشد تا جریان تخلیه از 90٪ به 10٪ کاهش یابد.زمان خاموش شدن خاموش - مجموع زمان تاخیر خاموش شدن و زمان سقوط.
          چندین پارامتر رایج ماسفت را بدانید                
VDS، یعنی ولتاژ منبع تخلیه، یک پارامتر محدود کننده ماسفت است که حداکثر ولتاژ بین تخلیه و منبع ماسفت را نشان می دهد. لازم به ذکر است که این پارامتر مربوط به دمای محل اتصال است. معمولاً هر چه دمای محل اتصال بالاتر باشد، حداکثر مقدار آن است. RDS(روشن)، مقاومت روشن تخلیه و منبع، که نشان‌دهنده مقاومت روشن بین درین و منبع زمانی که ماسفت تحت شرایط خاصی روشن است. این پارامتر به دمای اتصال ماسفت و ولتاژ محرک Vgs مربوط می شود. در یک محدوده مشخص، هر چه دمای محل اتصال بالاتر باشد، Rds بیشتر است. هر چه ولتاژ محرک بیشتر باشد، Rds کوچکتر است. Q، شارژ دروازه، شارژ مورد نیاز برای افزایش ولتاژ گیت از 0 ولت به ولتاژ پایان (مانند 15 ولت) تحت تأثیر سیگنال رانندگی است. یعنی شارژی که ماسفت باید از حالت خاموش تا حالت کاملا روشن تامین کند، پارامتر اصلی است که برای ارزیابی قابلیت رانندگی مدار رانندگی ماسفت استفاده می شود. شناسه، جریان تخلیه و جریان تخلیه معمولاً به چندین روش مختلف توصیف می شوند. با توجه به شکل جریان کار، جریان تخلیه پیوسته و جریان تخلیه پالسی با عرض پالس مشخص وجود دارد. این پارامتر همچنین یک پارامتر حد ماسفت است، اما این مقدار حداکثر جریان به این معنی نیست که جریان تخلیه می تواند در حین کار به این مقدار برسد. به این معنی که وقتی دمای پوسته در یک مقدار مشخص باشد، اگر جریان کار ماسفت حداکثر جریان تخلیه ذکر شده در بالا باشد، دمای اتصال به حداکثر مقدار خواهد رسید. بنابراین این پارامتر به پکیج دستگاه و دمای محیط نیز مربوط می شود. Eoss، انرژی ظرفیت خروجی، انرژی ذخیره شده در ماسفت توسط خازن خروجی Coss را نشان می دهد. از آنجایی که ظرفیت خروجی Coss ماسفت دارای خصوصیات غیرخطی آشکار است، با تغییر ولتاژ Vds تغییر می کند. بنابراین، اگر دیتاشیت این پارامتر را ارائه دهد، ارزیابی از دست دادن سوئیچینگ ماسفت بسیار مفید است. همه کتابچه‌های ماسفت این پارامتر را ارائه نمی‌کنند، در واقع، اکثر دیتاشیت‌ها این پارامتر را ارائه نمی‌دهند. نرخ تغییر فعلی دیود دیود بدنه di/dt نشان دهنده ویژگی های بازیابی معکوس دیود بدنه ماسفت است. از آنجایی که دیود یک دستگاه دوقطبی است، تحت تأثیر ذخیره سازی شارژ قرار می گیرد. هنگامی که دیود بایاس معکوس است، شارژ ذخیره شده در اتصال PN باید پاک شود. پارامترهای فوق منعکس کننده این ویژگی هستند. Vg، حداکثر ولتاژ محرک گیت و منبع، که یک پارامتر حدی ماسفت نیز می باشد، نشان دهنده حداکثر ولتاژ محرکی است که ماسفت می تواند تحمل کند. هنگامی که ولتاژ محرک از این حد عبور کند، حتی در مدت زمان بسیار کوتاهی باعث آسیب دائمی به لایه اکسید گیت می شود. به طور کلی، تا زمانی که ولتاژ رانندگی از حد مجاز فراتر نرود، مشکلی وجود نخواهد داشت. اما در برخی مواقع خاص به دلیل وجود پارامترهای انگلی تاثیر غیرمنتظره ای بر ولتاژ Vgs می گذارد که نیاز به توجه ویژه دارد. SOA، منطقه کار ایمن، هر MOSFET منطقه کار ایمن خود را ارائه می دهد. ترانزیستورهای دوقطبی مختلف و ماسفت های قدرت خرابی ثانویه را نشان نمی دهند، بنابراین منطقه کار ایمن به سادگی از توان تلف شده تعریف می شود زمانی که دمای اتصال به حداکثر مقدار مجاز می رسد.           
          اصل انتخاب MOSFET قدرت          با دانستن اهمیت پارامترهای ماسفت، چگونه می توان محصولاتی را انتخاب کرد که مطابق با دفترچه راهنمای محصول سازنده، نیازهای شما را برآورده کند؟ چهار مرحله برای انتخاب ماسفت صحیح وجود دارد.۱) انتخاب کانال اولین قدم در انتخاب دستگاه مناسب برای طراحی، تصمیم‌گیری در مورد استفاده از MOSFET کانال N یا کانال P است. در کاربردهای برق معمولی، هنگامی که یک MOSFET به زمین متصل می‌شود و بار به ولتاژ اصلی متصل است، MOSFET یک سوئیچ جانبی ولتاژ پایین را تشکیل می‌دهد. در کلید جانبی ولتاژ پایین، به دلیل در نظر گرفتن ولتاژ مورد نیاز برای خاموش یا روشن کردن دستگاه، باید از ماسفت کانال N استفاده شود. هنگامی که ماسفت به باس متصل می شود و بار به زمین متصل می شود، از کلید کناری فشار قوی استفاده می شود. در این توپولوژی معمولا از ماسفت کانال P استفاده می شود که دلیل آن نیز در نظر گرفتن ولتاژ محرک است. ۲) انتخاب ولتاژ و جریان هرچه ولتاژ نامی بالاتر باشد، هزینه دستگاه نیز بیشتر است. طبق تجربه عملی، ولتاژ نامی باید بیشتر از ولتاژ شبکه یا ولتاژ شین باشد. فقط از این طریق می توان حفاظت کافی را فراهم کرد تا ماسفت از کار نیفتد. تا جایی که به انتخاب ماسفت مربوط می شود، لازم است حداکثر ولتاژ بین تخلیه و منبع، یعنی حداکثر VDS تعیین شود. سایر عوامل ایمنی که مهندسان طراح باید در نظر بگیرند عبارتند از گذراهای ولتاژ ناشی از سوئیچینگ دستگاه های الکترونیکی مانند موتورها یا ترانسفورماتورها. ولتاژ نامی برنامه های مختلف نیز متفاوت است. معمولاً دستگاه قابل حمل 20 ولت، منبع تغذیه FPGA 20 ~ 30 ولت، و کاربرد 85 ~ 220 ولت ولت 450 ~ 600 ولت ولت است. در حالت هدایت پیوسته، ماسفت در حالت ثابت است و جریان به طور مداوم از دستگاه سنبله پالس به مقدار زیادی نوسان (یا جریان سنبله) اشاره دارد که در دستگاه جریان می یابد. هنگامی که حداکثر جریان تحت این شرایط مشخص شد، فقط باید مستقیماً دستگاهی را انتخاب کرد که بتواند این حداکثر جریان را تحمل کند. ?3) محاسبه تلفات رسانایی تلفات برق دستگاه های ماسفت توسط Iload2× قابل محاسبه است. طبق محاسبه RDS(ON)، از آنجایی که مقاومت روشن با دما تغییر می کند، مصرف برق نیز به طور متناسب تغییر می کند. برای طراحی قابل حمل، استفاده از ولتاژ پایین تر (متداول تر) آسان تر است، در حالی که برای طراحی صنعتی می توان از ولتاژ بالاتر استفاده کرد. توجه داشته باشید که مقاومت RDS(ON) کمی با جریان افزایش می یابد. تغییرات پارامترهای الکتریکی مختلف مقاومت RDS(ON) را می توان در برگه اطلاعات فنی ارائه شده توسط سازنده پیدا کرد. 4) اتلاف گرمای سیستم محاسباتی، طراح را ملزم می کند که دو موقعیت متفاوت یعنی بدترین حالت و وضعیت واقعی را در نظر بگیرد. توصیه می شود که نتیجه محاسبه را برای بدترین حالت اتخاذ کنید، زیرا این نتیجه حاشیه ایمنی بیشتری را فراهم می کند و می تواند اطمینان حاصل کند که سیستم از کار نخواهد افتاد. برخی از داده های اندازه گیری وجود دارد که نیاز به توجه در برگه داده ماسفت دارند. مانند مقاومت حرارتی بین اتصال نیمه هادی دستگاه بسته بندی شده و محیط و حداکثر دمای اتصال. در واقع تلفات سوئیچینگ نیز یک شاخص بسیار مهم است. محصول ولتاژ-جریان آنی بسیار بزرگ است که عملکرد سوئیچینگ دستگاه را تا حدودی تعیین می کند. با این حال، اگر سیستم به عملکرد سوئیچینگ بالا نیاز داشته باشد، ماسفت قدرت با شارژ گیت کم QG را می توان انتخاب کرد.

سلب مسئولیت: این مقاله از «یادداشت های مهندسین الکترونیک» تکثیر شده است. این مقاله فقط دیدگاه های شخصی نویسنده را نشان می دهد و دیدگاه های Sacco Micro و صنعت را نشان نمی دهد. این فقط برای تجدید چاپ و به اشتراک گذاری برای حمایت از حمایت از حقوق مالکیت معنوی است. لطفاً هنگام چاپ مجدد منبع و نویسنده اصلی را ذکر کنید. در صورت وجود هرگونه تخلف، لطفا با ما تماس بگیرید تا آن را حذف کنیم.

تلفن شرکت: +86-0755-83044319
فکس/فکس: +86-0755-83975897
ایمیل: 1615456225@qq.com
QQ: 3518641314 مدیر لی
QQ: 332496225 مدیر کیو
آدرس: اتاق 809، بلوک C، ساختمان فناوری Zhantao، خیابان Minzhi شماره 1079، منطقه جدید Longhua، شنژن