MOSFET de Potência- Transistor de Efeito de Campo de Metal-Oxido-Semicondutor de Potência
Os MOSFETs de potência são usados em muitas fontes de alimentação e aplicações gerais de energia, especialmente como interruptores. As variantes incluem MOSFETs planares, VMOS, UMOS TrenchMOS, HEXFETs e outras marcas diferentes.
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Nosso tutoral de FETs, Transistores de Efeito de Campo, inclui:
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A tecnologia MOSFET é ideal para uso em muitas aplicações de energia, onde a baixa resistência ao ligar permite que altos níveis de eficiência sejam alcançados.
Há um número de diferentes variedades de MOSFET de potência disponíveis de diferentes fabricantes, cada um com suas próprias características e habilidades.
Muitos MOSFETs de potência incorporam uma topologia de estrutura vertical. Isso permite comutação de alta corrente com alta eficiência dentro de uma área de matriz relativamente pequena. Ele também permite que o dispositivo suporte comutação de alta corrente e tensão.
Tipos de MOSFET de potência
Dentro da arena geral dos MOSFETs de potência, há uma série de tecnologias específicas que foram desenvolvidas e abordadas por diferentes fabricantes. Eles usam várias técnicas diferentes que permitem que os MOSFETs de potência carreguem a corrente e manipulem os níveis de potência com mais eficiência. Como já mencionado, eles geralmente incorporam uma forma de estrutura vertical
Os diferentes tipos de MOSFET de potência têm atributos diferentes e, portanto, podem ser particularmente adequados para determinadas aplicações.
- MOSFET de potência planar: Esta é a forma básica de MOSFET de potência. É bom para classificações de alta tensão porque a resistência ON é dominada pela resistência da camada epi. Essa estrutura geralmente é usada quando não é necessária uma alta densidade celular.
- VMOS: Os MOSFETs de potência VMOS estão disponíveis há muitos anos. O conceito básico usa uma estrutura de ranhura em V para permitir um fluxo mais vertical da corrente, proporcionando assim níveis de resistência ON mais baixos e melhores características de comutação. Embora usados para comutação de energia, eles também podem ser usados para pequenos amplificadores de potência de RF de alta frequência.
- UMOS: A versão UMOS do MOSFET de potência usa um bosque semelhante ao do VMOS FET. No entanto, o bosque tem um fundo mais plano e oferece algumas vantagens diferentes.
- HEXFET: Esta forma de MOSFET de potência usa uma estrutura hexagonal para fornecer a capacidade atual.
- TrenchMOS: Mais uma vez, o MOSFET de potência TrenchMOS usa um grove ou trincheira básico semelhante no silício básico para fornecer melhor capacidade e características de manuseio. Em particular, os MOSFETs de potência de trincheira são usados principalmente para tensões acima de 200 volts por causa de sua densidade de canal e, portanto, de sua resistência ON mais baixa.
Tensão de quebra do MOSFET de potência
A tensão de ruptura é um parâmetro chave para qualquer dispositivo de energia, incluindo MOSFETs de energia. Como esses dispositivos podem operar com tensões muito superiores às encontradas em circuitos eletrônicos de baixa potência, a tensão de quebra de tensão é um aspecto importante de qualquer dispositivo MOSFET de potência.
Na maioria dos MOSFETs de potência, a terminação da fonte N+ e a junção do corpo P são encurtadas usando a metalização da fonte. Isso evita a possibilidade de ativação espúria do transistor bipolar parasita dentro da estrutura.
Em operação, quando nenhuma polarização é aplicada ao portão, o dispositivo é capaz de fornecer uma alta tensão de dreno através do corpo do tipo P com polarização reversa e junção da camada epitaxial N+ (mostrado como P-silício e N- no diagrama MOSFET de potência planar ). Quando altas tensões estão presentes, a maior parte da tensão aplicada aparece através da camada N levemente dopada. Se for necessária uma tensão operacional mais alta, a camada N pode ser levemente dopada e tornada mais espessa, mas isso também tem o efeito de aumentar a resistência ON.
Para dispositivos de tensão mais baixa, os níveis de dopagem para as áreas de silício P e N- tornam-se comparáveis e a tensão é compartilhada entre essas duas camadas. No entanto, se a área de silício P não for espessa o suficiente, pode-se descobrir que a região de depleção pode perfurar a região da fonte N+, dando origem a uma tensão de ruptura mais baixa.
Por outro lado, se o dispositivo for projetado para uma tensão muito alta, a resistência do canal e a tensão limite aumentarão. Como resultado, é necessária uma otimização cuidadosa do dispositivo. Além disso, ao escolher dispositivos MOSFET de potência, é necessário optar por um que forneça a combinação correta de tensão de ruptura e resistência ON.
Capacitância
O comportamento de comutação de qualquer MOSFET de potência é muito afetado pelos níveis de capacitância parasita que ocorrem dentro do dispositivo.
As principais áreas de capacitância que afetam o desempenho de comutação são a capacitância gate to source C GS ; porta para drenar a capacitância, C GD ; e o dreno para a fonte, C DS .
Essas capacitâncias não são lineares e dependem da estrutura do dispositivo e das tensões presentes em um determinado momento. Teu resultado da capacitância de óxido dependente de polarização e da capacitância da camada de depleção dependente de polarização. Normalmente, à medida que as tensões aumentam, as camadas de depleção aumentam e os níveis de capacitância diminuem.
Tensão limite do MOSFET de potência
A tensão limite que normalmente é designada como V GS(TH) é a tensão mínima da porta que pode formar um canal condutor entre a fonte e o dreno.
Para MOSFETs de potência, esta tensão limite é normalmente medida para uma corrente de fonte de dreno de 250µA.
A tensão limite é determinada por fatores no MOSFET de potência, incluindo a espessura do óxido de porta e a concentração de dopagem no canal.
Aplicações MOSFET de potência
A tecnologia Power MOSEFET é aplicável a muitos tipos de circuitos. As aplicações incluem:
- Fontes de alimentação lineares
- Comutação de fontes de alimentação
- Conversores CC-CC
- Controle do motor de baixa tensão
Os MOSFETs de potência são normalmente usados em aplicações onde as tensões não excedem cerca de 200 volts. Tensões mais altas não são tão facilmente alcançáveis. Onde os MOSFETs de potência são usados, é sua baixa resistência ON que é particularmente atraente. Isso reduz a dissipação de energia, o que reduz o custo e o tamanho, menos trabalho em metal e resfriamento são necessários. Além disso, a baixa resistência ON significa que os níveis de eficiência podem ser mantidos em um nível mais alto.
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