Transistors MOSFET de puissance. Schéma, description

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Dispositifs à semi-conducteurs de puissance. Transistors MOSFET de puissance. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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MOSFET est l'abréviation de l'expression anglaise Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).

Cette classe de transistors se distingue tout d'abord par la puissance de commande minimale avec une puissance importante (centaines de watts). Il faut également noter les valeurs de résistance extrêmement faibles à l'état ouvert (dixièmes d'ohm avec un courant de sortie de plusieurs dizaines d'ampères), et donc la puissance minimale dégagée par le transistor sous forme de chaleur.

La désignation de ce type de transistor est indiquée sur la figure. 7.1. De plus, pour réduire le nombre de composants externes, une puissante diode d'amortissement haute fréquence peut être intégrée au transistor.

MOSFET de puissance
Riz. 7.1. Désignation des transistors MOSFET (G - grille, D - drain, S - source) : a - désignation d'un transistor à canal N ; b - désignation du transistor à canal P

Avantages des transistors MOSFET par rapport aux transistors bipolaires

A l'indéniable avantages Les transistors MOSFET devant les transistors bipolaires sont les suivants :

une puissance de contrôle minimale et un gain de courant élevé garantissent la simplicité des circuits de contrôle (il existe même une variété de MOSFET contrôlés par des niveaux logiques) ;
vitesse de commutation élevée (en même temps, les délais d'arrêt sont minimes et une large plage de fonctionnement sûr est assurée) ;
la possibilité de connecter simplement des transistors en parallèle pour augmenter la puissance de sortie ;
résistance des transistors aux grandes impulsions de tension (dv/dt).

Application et fabricants

Ces appareils sont largement utilisés dans les appareils de contrôle de charges puissantes et d'alimentations à découpage. Dans ce dernier cas, leur champ d'application est quelque peu limité par la tension drain-source maximale (jusqu'à 1000 V).

Les MOSFET™ à canal N sont les plus populaires pour la commutation de circuits de puissance. La tension de commande ou tension appliquée entre la grille et la source pour allumer le MOSFET doit dépasser le seuil UT de 4 V, en fait 10-12 V sont nécessaires pour allumer le MOSFET de manière fiable. Réduire la tension de commande au seuil inférieur UT éteindra le MOSFET.

Libération du MOSFET de puissance divers fabricants:

HEXFET (NATIONAL);
VMOS (PHILLIPS);
SIPMOS (société SIEMENS).

Structure interne du MOSFET

Sur la fig. 7.2 montre la similitude structure interne HEXFET, VMOS et SIPMOS. Ils ont une structure verticale à quatre couches avec des couches P et N alternées : cette structure est causée par le fonctionnement intensif des MOSFET à canal N.

Si la tension appliquée aux bornes de la grille est supérieure à un seuil, la grille est polarisée par rapport à la source, créant un canal N inverse sous le film d'oxyde de silicium qui connecte la source au drain pour que le courant circule.

La conductivité du MOSFET est assurée par les porteurs majoritaires puisqu'il n'y a pas de porteurs minoritaires injectés dans le canal. Cela ne conduit pas à une accumulation de charges, ce qui accélère le processus de commutation. À l'état passant, la relation entre le courant et la tension est presque linéaire, semblable à la résistance, qui est considérée comme la résistance à l'état passant du canal.

MOSFET de puissance
Riz. 7.2. Structures internes des transistors : a - transistor de structure HEXFET ; b - Transistor à structure VMOS ; c - transistor de structure SIPMOS

Un circuit MOSFET équivalent est illustré sur la figure. 7.3. Les deux capacités entre la grille et la source et entre la grille et le drain entraînent un retard de commutation si le pilote ne peut pas supporter un courant d'activation élevé. Une autre capacité du transistor est située entre le drain et la source, mais du fait de la structure interne du transistor, elle est contournée par une diode parasite formée entre le drain et la source. Malheureusement, la diode parasite n'agit pas rapidement et ne doit pas être prise en compte, et une diode de dérivation supplémentaire est introduite pour accélérer la commutation.

MOSFET de puissance
Riz. 7.3. Circuit équivalent MOSFET : a - la première version du circuit équivalent ; b - la deuxième version du circuit équivalent avec remplacement du transistor par une diode ; c - structure interne correspondant à la première option

Paramètres MOSFET

Considérez les principaux paramètres qui caractérisent les transistors MOSFET.

Tension drain-source maximale, ELLE EST_DS - tension de fonctionnement instantanée maximale.

Courant de drain continu, Je_D est le courant maximal que le MOSFET peut transporter en raison de la température de jonction.

Consommation de courant de surtension maximale, Je_DM - plus que moi_D et est défini pour une impulsion d'une durée et d'un rapport cyclique donnés.

Âge maximal de la tension grille-source, ELLE EST_GS est la tension maximale qui peut être appliquée entre la grille et la source sans endommager l'isolation de la grille.

En outre, prend place:

tension de seuil de grille, U_T {U_TH, ELLE EST_GS};
U_T est la tension de grille minimale à laquelle le transistor devient passant.

Auteur : Koryakin-Chernyak S.L.

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