Mosfet - što je to? Strukturne i tehnološke značajke

U ovom ćete članku naučiti o elementu sličnom MOSFET. Što je to, kakva svojstva posjeduje, za koju se koristi u suvremenoj elektronici, bit će opisana u nastavku. Možete naići na dvije vrste tranzistora snage - MOSFET i IGBT. Koriste se u visokonaponskim impulsnim pretvaračima - pretvaračima, izvorima napajanja. Vrijedno je razmotriti sve značajke ovih elemenata.

Osnovne informacije

Treba napomenuti da su IGBT i MOSFET tranzistora mogu dati vrlo veliku snagu tereta. Uz sve to, uređaj će biti vrlo malen. Učinkovitost tranzistora prelazi 95%. Sospets i IGBT imaju jednu zajedničku značajku: oni imaju izolirane izolacije, Posljedica toga je slični kontrolni parametri. Koeficijent temperature je negativan za ove uređaje, što omogućuje da se transistori otporni na kratki spoj. Do danas, mosfets s normaliziranim vremenom preopterećenja proizvode gotovo sve tvrtke.

Vozači za upravljanje

Budući da u upravljačkom krugu nema struje, u statičkom načinu rada ne možete koristiti standardni krugovi. Razumnije je upotrijebiti poseban upravljački program - integrirani krug. Mnoge tvrtke proizvode uređaje koji omogućuju kontrolu pojedinačnih tranzistora, kao i mostova i polu-mostova (trofazni i dvostupanjski). Oni mogu obavljati različite pomoćne funkcije - za zaštitu od preopterećenja ili kratkog spoja struje, kao i zbog velikog pada napona u upravljačkom krugu MOSFET-a. Što je ovaj lanac, detaljnije će se opisati u nastavku. Vrijedno je napomenuti da pad napona u upravljačkom krugu tranzistor napajanja je vrlo opasan fenomen. Moćna MOSFET može prebaciti na drugi način rada (linearno), što dovodi do neuspjeha. Kristal pregrije i tranzistora opekline.

Način kratkog spoja

Glavna pomoćna funkcija vozača je zaštita od preopterećenja struje. Potrebno je pažljivo pratiti rad tranzistor napajanja u jednom od načina - kratkog spoja. Prekoračenje se može dogoditi iz bilo kojeg razloga, ali najčešće je kratko u opterećenju ili na kućištu. Stoga je potrebno pravilno upravljati smećem.

Preopterećenje se događa zbog određenih značajki kruga. Prolazni proces je moguć ili je izgled napona povratne struje poluvodičke diode jednog od tranzistorskih krakova. Uklanjanje takvih preopterećenja vrši se metodom kruga. Koriste se lanci za stvaranje putanja (snubberi), otpornik je odabran na vratima, izolacijski upravljački krug izoliran je od visokonaponske sabirnice i napona.

Kako se tranzistor uključi u slučaju kratkog spoja u opterećenju

Kada dođe do kvara u opterećenju, struja kolektora u krug ograničen na napon na vratima i karakteristikama vodljivost od tranzistora. U krugu napajanja, stoga postoji određeni kapacitet unutarnji otpor sam izvor ne može na bilo koji način utjecati na struju kratkog spoja. Čim dođe do uključivanja, struja se glatko povećava u tranzistoru zbog činjenice da u sklopu kolektora postoji parazitska induktivnost. Ista činjenica je razlog zbog kojeg postoji određeni napon neuspjeha.

Lažno pozitivne

Nakon što je tranzijent završen, tranzistor napajanja će se potpuno napajati. A to će dovesti do činjenice da će velika snaga biti raspršena u kristalu poluvodiča. Stoga se može zaključiti da se kratki spoj mora nužno prekidati nakon određenog vremenskog razdoblja. Trebao bi biti dovoljno da se izuzmu lažni pozitivi. U pravilu, vremenska vrijednost leži u intervalu od 1 ... 10 μs. Karakteristike tranzistora trebaju biti takve da lako podnose ovo preopterećenje.

Učitajte impedanciju s tranzistorom

Slično tome, s gore navedenim slučajem, struja je ograničena karakteristikama samog tranzistora. Raste po stopi koja je određena induktivitetom (parazitski). Prije nego što ova struja dosegne konstantnu vrijednost stabilnog stanja, napon kolektora se povećava. Na vratima dolazi do povećanja napona zbog Millerovog efekta.

Struja u kolektoru se povećava i može znatno premašiti vrijednost stabilnog stanja. Za ovaj je način ne samo da je isključen kanal MOSFET, već je i mogućnost ograničavanja napona.

Napon koji se primjenjuje na vrata tranzistora ovisi izravno o tekućem strujnom krugu kratkog spoja. Ali sa smanjenjem napona na vratima poluvodičkog elementa, dolazi do vrlo zanimljive slike. Napon zasićenja se povećava i kao rezultat toga povećavaju se gubici vodljivosti. Stabilnost tranzistora na kratki spoj usko je povezana s nagibom njegovih svojstava.

Kratki spoj struje i dobitka

Što je struja manja u MOSFET-u, niži je napon zasićenja. Oni su također sposobni podnijeti preopterećenje za kratko vrijeme. S druge strane, poluvodiči, koji su otporniji na kratki spoj, imaju vrlo visok napon zasićenja. Gubici su također vrlo značajni.

Veća maksimalna dopuštena vrijednost struje kratkog spoja ima pionir mosfeta, a ne jednostavan bipolarni tranzistor. U pravilu, to je deset puta veće od nazivne struje (pod uvjetom da je prihvatni napon napona). Većina proizvođača (europske i azijske) proizvode tranzistore koji izdrže takva opterećenja i nisu oštećeni.

Vozač za zaštitu od preopterećenja nad glavom

Postoje razne metode za deaktivaciju elemenata tijekom preopterećenja. Uz pomoć vozača različitih proizvođača, možete provesti sve zaštitne funkcije i najučinkovitije. Ako dođe do preopterećenja, potrebno je smanjiti napon vrata. U tom slučaju, prepoznavanje načina za nuždu se povećava u vremenu.

Zbog toga je moguće isključiti lažne alarme zaštitnog kruga. Evo kako testirati MOSFET: pokušajte mijenjati kondenzator kapacitet vrijednost. Ako se vrijeme odziva za kratki spoj mijenja, cijeli krug radi ispravno. Shema koristi nekoliko elemenata koji imaju određene odgovornosti. Na primjer, spojeni na izlaz vozača, "ERR" -capacitor vam omogućuje da odredite vrijeme analize preopterećenja.

Način rada u nuždi

Za ovaj vremenski interval uključi strujni krug trenutne stabilizacije u kolektoru kolektora. Zbog toga se smanjuje napon na vratima poluvodičkog elementa. U slučaju da se ne pojavi preopterećenje, tranzistor se isključuje nakon 10 μs. Zaštita je onemogućena nakon uklanjanja signala iz ulaza. Zahvaljujući tome, implementira se shema zaštite od okidanja.

Kada se primjenjuje, potrebno je obratiti pažnju na vremenski interval kroz koji dolazi do prebacivanja tranzistora MOSFET-a. Što je ovo uključivanje i koje su njegove značajke? Imajte na umu da bi ovaj put trebalo biti dulje od toplinske konstante (privremeno) kristala poluvodiča, na temelju koje je napravljen tranzistor.

Nedostaci dijagrama ožičenja

Krug koristi otpornike koji imaju veliku snagu, ali imaju vrlo visoku induktivnost (parazitski zbog upotrebe nekih materijala i tehnologija). I za idealno funkcioniranje sklopa, potrebno je da kapacitet bude blizu nule. Otpornici koji se koriste za mjerenje impulsne struje moraju biti u skladu s gore navedenim uvjetima. Nadalje, otpornici gube ogromnu snagu. I to utječe na učinkovitost cijelog upravljačkog sklopa gornje ruke.

Ali postoje sklopni sklopovi koji smanjuju gubitke snage. Napon zasićenja u svakom slučaju ovisi o kolektorskoj struji. MOSFET (koja je, objašnjeno je u članku) pokazuje taj odnos, može se reći linearna s obzirom na činjenicu da je od tranzistor odvod struje ne ovisi o otporu kanala (aktivno). Ali moćan IGBT tranzistori taj odnos nije linearan, ali možete lako odabrati napon koji odgovara traženom trenutne zaštite.

Trofazni vozač mostova

U takvim krugovima otpornik se također koristi za mjerenje trenutne vrijednosti. Struja zaštite se određuje pomoću razdjelnika napona. IR2130 vozači su široko popularni, što osigurava stabilan rad kruga na naponima do 600 V. Krug uključuje tranzistor s poljem, koji ima odvod (služi za označavanje prisutnosti kvarova). Mousfet na ploči je instaliran pomoću tvrdih skakača u visokoj kvaliteti izolacije iz tih razloga. Ima pojačalo koje generira određene signale za upravljanje i povratne signale. Uz pomoć vozača nastaje vremenska odgoda između uključivanja tranzistora donjih i gornjih krakova kako bi se izbjegao pojava prolaznog strujanja.

U pravilu, ovisno o modifikaciji, vrijeme je 0.2 ... 2 μs. U upravljačkom sklopu IR2130, koji se koristi za provođenje zaštitnog kruga, nema funkcije ograničavanja maksimalne vrijednosti napona vrata u trenutku kratkog spoja. Prilikom izrade trofaznog sustava, mora se zapamtiti da je most nakon 1 μs nakon napajanja kratkog spoja odspojen. Stoga struja (posebno kada postoji aktivno opterećenje) premašuje vrijednost koja je izračunata. Za resetiranje načina zaštite i povratak u način rada, morate isključiti napajanje vozača ili napajati napajanje njegovim ulazima.

Vozači donjeg kraka

Da bi se kontroliralo tranzistore MOSFETA donjeg kraka, postoje visokokvalitetni Motorola čipovi, na primjer, MC33153. Ovaj vozač je poseban, jer se može uspješno koristiti za dvije vrste zaštite (napona i struja). Tu je i funkcija koja razdvaja dva načina - preopterećenje i kratki spoj. Postoji mogućnost napajanja nekog napona (negativno za kontrolu). To je korisno u slučajevima kada je potrebno kontrolirati module s velikom snagom i dovoljno velikom vrijednošću napajanja vrata. Način zaštite IGBT-a je onemogućen (to su najbliži analogni Mosfetovi) nakon što napon napajanja padne ispod oznake od 11 V.