MOSFET - co to je? Strukturální a technologické prvky

V tomto článku se dozvíte něco podobného mosfet. Co to je, jaké vlastnosti má, pro které se používá v moderní elektronice, bude popsáno níže. Můžete narazit na dva typy výkonových tranzistorů - MOSFET a IGBT. Používají se v pultech s vysokým výkonem - střídače, napájecí zdroje. Stojí za zvážení všech vlastností těchto prvků.

Základní informace

Je třeba poznamenat, že IGBT a tranzistory mosfet jsou schopny dávat velmi vysoký výkon zátěži. Ve všech těchto případech bude zařízení velmi malé. Účinnost tranzistorů přesahuje 95%. Mospets a IGBT mají jednu společnou vlastnost: mají uzávěry izolované, Důsledkem toho jsou podobné kontrolní parametry. Teplotní koeficient je u těchto zařízení záporný, což umožňuje vytvořit tranzistory odolné proti zkratu. Dosud mosfety s normalizovanou dobou přetížení vyrábějí téměř všechny firmy.

Ovladače pro správu

Protože v řídicím obvodu není žádný proud v statickém režimu, nemůžete použít standardní obvody. Je rozumnější používat speciální řidiče - integrovaný obvod. Mnoho společností vyrábí zařízení, která umožňují ovládání jednotlivých výkonových tranzistorů, jakož i mostů a polovodičů (třífázových a dvoufázových). Mohou provádět různé pomocné funkce - k ochraně proti proudovému přetížení nebo zkratu, stejně jako k velkému poklesu napětí v řídícím obvodu MOSFETu. Co je tento řetězec, bude podrobněji popsáno níže. Je třeba poznamenat, že pokles napětí v řídícím obvodu výkonového tranzistoru je velmi nebezpečný jev. Výkonný mosfet lze přepnout do jiného provozního režimu (lineární), což má za následek selhání. Krystal se přehřívá a tranzistor hoří.

Režim zkratu

Hlavní pomocná funkce řidiče je ochrana proti proudovým přetížením. Je nutné pečlivě zkontrolovat provoz tranzistoru v jednom z režimů - zkrat. Nadproud může nastat z jakéhokoli důvodu, ale nejčastější je zkrácení zatížení nebo případu. Proto je nutné správně řídit mospety.

Přetížení dochází z důvodu určitých vlastností obvodu. Je možný přechodný proces nebo vznik zpětného proudu zpětného proudu polovodičové diody jednoho z tranzistorových ramen. Eliminace takového přetížení se provádí metodou obvodu. Používají se řetězce tvorby trajektorie (snubbers), v bráně je zvolen odpor, řídicí obvod je izolován od sběrnice vysokého proudu a napětí.

Jak se tranzistor zapne v případě zkratu v zátěži

Při vzniku zkratu v zátěži je proud v kolektorovém obvodu omezen určitým napětím v bráně, stejně jako strmostí vlastností samotného tranzistoru. V napájecím obvodu existuje určitá kapacita vnitřní odpor zdroj sám nemůže žádným způsobem ovlivňovat zkratový proud. Jakmile dojde k zapnutí, proud se v tranzistoru plynule zvyšuje kvůli skutečnosti, že v okruhu kolektorů existuje parazitní indukčnost. Stejná skutečnost je důvodem, že došlo k určitému selhání napětí.

Falešné pozitivy

Po dokončení přechodového režimu bude napájecí tranzistor plně napájen. A to povede k tomu, že velká síla bude rozptýlena v polovodičovém krystalu. Proto lze konstatovat, že režim zkratů musí být nutně po určité době přerušen. To by mělo stačit k vyloučení falešných pozitiv. Časová hodnota platí zpravidla v intervalu 1 ... 10 μs. Vlastnosti tranzistoru by měly být takové, aby mohly snadno odolat tomuto přetížení.

Impedance zatížení při zapnutém tranzistoru

Podobně, u výše uvedeného případu je proud omezený vlastnostmi samotného tranzistoru. Rostou rychlostí, která je určena indukčností (parazitární). Předtím, než tento proud dosáhne konstantní hodnoty ustáleného stavu, napětí kolektoru se zvýší. Na bráně dochází k nárůstu napětí kvůli efektu Miller.

Proud v kolektoru se zvyšuje a může výrazně překročit hodnotu ustáleného stavu. V tomto režimu je vypnuto nejen vypnutí kanálu MOSFET, ale také možnost omezení napětí.

Napětí aplikované na bránu tranzistoru závisí přímo na ustáleném stavu zkratového proudu. Ale s poklesem napětí na bráně polovodičového prvku se objevuje spíše zajímavý obraz. Saturační napětí se zvyšuje a v důsledku toho se zvyšují ztráty vodivosti. Stabilita tranzistoru ke zkratu je úzce spojena s strmostí jeho vlastností.

Zkratový proud a zisk

Čím vyšší je proud v MOSFET, tím nižší je napětí nasycení. Rovněž jsou schopni odolat přetížení na krátkou dobu. Naproti tomu polovodiče, které jsou odolnější vůči zkratu, mají velmi vysoké saturační napětí. Ztráty jsou také velmi významné.

Větší maximální přípustná hodnota zkratového proudu má průkopník mosfetů než jednoduchý bipolární tranzistor. Je zpravidla desetkrát vyšší než jmenovitý proud (za předpokladu, že bránící napětí je přijatelné). Většina výrobců (evropských a asijských) vyrábí tranzistory, které odolávají takovým nákladům a nejsou poškozeny.

Ovladač ochrany proti přetížení

Existují různé způsoby deaktivace prvků během přetížení. S pomocí řidičů od různých výrobců můžete provádět jakékoliv ochranné funkce a co nejefektivnější. Pokud dojde k přetížení, je nutné snížit vstupní napětí. V takovém případě se rozpoznávání nouzového režimu zvyšuje v čase.

Z tohoto důvodu je možné vyloučit falešné poplachy ochranného obvodu. Zde je návod, jak testovat MOSFET: zkuste změnit kapacitní kapacitu kondenzátoru. Pokud se změní doba odezvy na zkrat, celý obvod pracuje správně. Schéma používá několik prvků, které mají určité povinnosti. Např. Připojený k výstupu ovladače umožňuje "ERR" -capacitor určit čas analýzy přetížení.

Režim nouzového provozu

Pro tento časový interval se zapne obvod stabilizace proudu v kolektorovém obvodu. V důsledku toho se sníží napětí přes vrata polovodičového prvku. V případě, že nedojde k zastavení přetížení, tranzistor se vypne po 10 μs. Po odstranění signálu ze vstupu se ochrana vypne. Díky tomu je implementován systém spouštěcí ochrany.

Když je aplikován, je třeba věnovat pozornost časovému intervalu, během kterého dochází k přepínání tranzistoru MOSFET. Co je toto začlenění a jaké jsou jeho vlastnosti? Vezměte prosím na vědomí, že tento čas by měl být delší než tepelná konstanta (dočasná) polovodičového krystalu, na základě kterého je proveden tranzistor.

Nevýhody schématu zapojení

Obvod využívá rezistory, které mají vysoký výkon, ale mají velmi vysokou indukčnost (parazitní, kvůli použití některých materiálů a technologií). A pro ideální fungování obvodu je nutné, aby kapacita byla téměř nulová. Rezistory používané k měření impulsního proudu musí splňovat výše uvedené podmínky. Navíc rezistory ztrácejí obrovskou sílu. To ovlivňuje účinnost celého obvodu řidiče v rameni.

Existují však spínací obvody, které snižují ztráty energie. Saturační napětí v každém případě závisí na kolektorovém proudu. MOSFET (to je, popsáno v článku) ukazuje tento vztah, je možno říci, lineární vzhledem k tomu, že z tranzistor odtokového proudu nezávisí na odporu kanálu (aktivní). Pro silné tranzistory IGBT však tato závislost není lineární, ale je snadné zvolit napětí, které bude odpovídat požadovanému proudu ochrany.

Třífázový ovladač mostu

V těchto obvodech se pro měření aktuální hodnoty používá také odpor. Proudový proud je určen pomocí děliče napětí. Ovladače řady IR2130 jsou velmi populární, což zajišťuje stabilní provoz obvodu při napětí až 600 V. Obvod obsahuje tranzistor typu pole, který má odtok (slouží k označení přítomnosti poruch). Mosfet na desce je z těchto důvodů instalován pomocí tvrdých propojek v kvalitní izolaci. Má zesilovač, který generuje určité signály řízení a zpětné vazby. S pomocí řidiče vzniká časové zpoždění mezi spínáním tranzistorů spodního a horního ramena, aby se zabránilo vzniku průchozího proudu.

V závislosti na modifikaci je čas zpravidla 0,2 ... 2 μs. V ovladači IR2130, který se používá k realizaci ochranného obvodu, neexistuje žádná funkce omezující maximální hodnotu napětí brány v okamžiku zkratu. Při návrhu třífázového ramenního systému je třeba mít na paměti, že most je odpojen po 1 μs po náběhu zkratu. V důsledku toho proud (zejména při aktivní zátěži) přesahuje hodnotu, která byla vypočtena. Chcete-li resetovat režim ochrany a vrátit se do provozního režimu, musíte vypnout napájení řidiče nebo napájet jeho vstupy.

Řidiči spodního ramena

Aby bylo možné řídit tranzistory MOSFETu na spodním rameni, existují vysoce kvalitní čipy Motorola, například MC33153. Tento ovladač je zvláštní, protože může být úspěšně použit pro dva typy ochrany (napětí a proud). K dispozici je také funkce, která odděluje dva režimy - přetížení a zkrat. Je zde možnost dodat nějaké napětí (negativní pro řízení). To je užitečné pro případy, kdy je nutné řídit moduly s vysokým výkonem a dostatečně velkou hodnotou náboje. Režim ochrany IGBT je vypnutý (to jsou nejbližší analogy MOSFETu) poté, co napájecí napětí klesne pod značku 11 voltů.