"MOSFET" هو اختصار لترانزستور التأثير الميداني لأشباه الموصلات من أكسيد المعدن. إنه جهاز مصنوع من ثلاث مواد: المعدن والأكسيد (SiO2 أو SiN) وأشباه الموصلات. يعد MOSFET أحد الأجهزة الأساسية في مجال أشباه الموصلات. سواء كان ذلك في تصميم IC أو تطبيقات الدوائر على مستوى اللوحة، فهو واسع جدًا. تتضمن المعلمات الرئيسية لـ MOSFET ID، وIDM، وVGSS، وV(BR)DSS، وRDS(on)، وVGS(th)، وما إلى ذلك. هل تعرفها؟ شركة OLUKEY، باعتبارها شركة تايوانية من شركة Winsok ذات الجهد المتوسط إلى العالي والجهد المنخفضموسفيتمزود خدمة الوكيل، لديه فريق أساسي يتمتع بخبرة تقارب 20 عامًا ليشرح لك بالتفصيل المعلمات المختلفة لـ MOSFET!
وصف معنى معلمات MOSFET
1. المعلمات المتطرفة:
المعرف: الحد الأقصى لمصدر الصرف الحالي. يشير إلى الحد الأقصى للتيار المسموح بالمرور بين المصرف والمصدر عندما يعمل ترانزستور التأثير الميداني بشكل طبيعي. يجب ألا يتجاوز تيار التشغيل لترانزستور التأثير الميداني المعرف. تنخفض هذه المعلمة مع زيادة درجة حرارة الوصلة.
IDM: الحد الأقصى لتيار مصدر الصرف النبضي. سوف تنخفض هذه المعلمة مع زيادة درجة حرارة الوصلة، مما يعكس مقاومة التأثير ويرتبط أيضًا بوقت النبض. إذا كانت هذه المعلمة صغيرة جدًا، فقد يكون النظام معرضًا لخطر الانهيار بسبب التيار أثناء اختبار OCP.
PD: تبدد الحد الأقصى من الطاقة. إنه يشير إلى الحد الأقصى لتبديد طاقة مصدر الصرف المسموح به دون تدهور أداء ترانزستور التأثير الميداني. عند الاستخدام، يجب أن يكون استهلاك الطاقة الفعلي لـ FET أقل من استهلاك PDSM ويترك هامشًا معينًا. تنخفض هذه المعلمة عمومًا مع زيادة درجة حرارة الوصلة
VDSS: الحد الأقصى لجهد تحمل مصدر التصريف. جهد مصدر التصريف عندما يصل تيار التصريف المتدفق إلى قيمة محددة (يرتفع بشكل حاد) تحت درجة حرارة محددة ودائرة قصر لمصدر البوابة. ويسمى جهد مصدر التصريف في هذه الحالة أيضًا بجهد انهيار الانهيار الجليدي. VDSS لديه معامل درجة حرارة إيجابي. عند -50 درجة مئوية، يكون VDSS حوالي 90% منه عند 25 درجة مئوية. نظرًا للسماح المتبقي عادة في الإنتاج العادي، فإن جهد الانهيار الجليدي لـ MOSFET يكون دائمًا أكبر من الجهد المقنن الاسمي.
أولوكينصائح ودية: لضمان موثوقية المنتج، في ظل أسوأ ظروف العمل، يوصى بألا يتجاوز جهد العمل 80 إلى 90% من القيمة المقدرة.
VGSS: الحد الأقصى لجهد تحمل مصدر البوابة. يشير إلى قيمة VGS عندما يبدأ التيار العكسي بين البوابة والمصدر في الزيادة بشكل حاد. سيؤدي تجاوز قيمة الجهد هذه إلى انهيار العزل الكهربائي لطبقة أكسيد البوابة، وهو انهيار مدمر ولا رجعة فيه.
TJ: درجة حرارة التشغيل القصوى. عادة ما تكون 150 درجة مئوية أو 175 درجة مئوية. في ظل ظروف عمل تصميم الجهاز، من الضروري تجنب تجاوز درجة الحرارة هذه وترك هامش معين.
TSTG: نطاق درجة حرارة التخزين
تعمل هاتان المعلمتان، TJ وTSTG، على معايرة نطاق درجة حرارة الوصلة الذي تسمح به بيئة العمل والتخزين بالجهاز. تم ضبط نطاق درجة الحرارة هذا لتلبية الحد الأدنى من متطلبات العمر التشغيلي للجهاز. إذا تم ضمان تشغيل الجهاز ضمن نطاق درجة الحرارة هذا، فسيتم إطالة عمره التشغيلي بشكل كبير.
2. المعلمات الثابتة
ظروف اختبار MOSFET بشكل عام هي 2.5 فولت، 4.5 فولت، و10 فولت.
V(BR)DSS: جهد انهيار مصدر التصريف. يشير إلى أقصى جهد لمصدر التصريف الذي يمكن أن يتحمله ترانزستور تأثير المجال عندما يكون جهد مصدر البوابة VGS 0. هذه معلمة محددة، ويجب أن يكون جهد التشغيل المطبق على ترانزستور تأثير المجال أقل من V(BR) مفاجآت صيف دبي. لديها خصائص درجة الحرارة الإيجابية. ولذلك، ينبغي أن تؤخذ قيمة هذه المعلمة في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة كاعتبارات تتعلق بالسلامة.
△V(BR)DSS/△Tj: معامل درجة الحرارة لجهد انهيار مصدر التصريف، بشكل عام 0.1V/°C
RDS(on): في ظل ظروف معينة من VGS (عادةً 10 فولت)، ودرجة حرارة الوصلة وتيار الصرف، تكون المقاومة القصوى بين الصرف والمصدر عند تشغيل MOSFET. إنها معلمة مهمة جدًا تحدد الطاقة المستهلكة عند تشغيل MOSFET. تزداد هذه المعلمة عمومًا مع زيادة درجة حرارة الوصلة. ولذلك، ينبغي استخدام قيمة هذه المعلمة عند أعلى درجة حرارة تقاطع التشغيل لحساب الخسارة وانخفاض الجهد.
VGS(th): جهد التشغيل (جهد العتبة). عندما يتجاوز جهد التحكم في البوابة الخارجية VGS (th)، تشكل طبقات الانعكاس السطحي لمناطق الصرف والمصدر قناة متصلة. في التطبيقات، غالبًا ما يسمى جهد البوابة عندما يكون المعرف مساويًا لـ 1 مللي أمبير تحت حالة دائرة قصر التصريف بجهد التشغيل. تنخفض هذه المعلمة بشكل عام مع زيادة درجة حرارة الوصلة
IDSS: تيار مصدر الصرف المشبع، تيار مصدر الصرف عندما يكون جهد البوابة VGS=0 وVDS قيمة معينة. بشكل عام على مستوى الميكروأمبير
IGSS: تيار محرك البوابة أو التيار العكسي. نظرًا لأن مقاومة إدخال MOSFET كبيرة جدًا، فإن IGSS تكون عمومًا في مستوى النانو أمبير.
3. المعلمات الديناميكية
gfs: الموصلية. يشير إلى نسبة التغير في تيار خرج التصريف إلى التغير في جهد مصدر البوابة. إنه مقياس لقدرة جهد مصدر البوابة على التحكم في تيار التصريف. يرجى إلقاء نظرة على الرسم البياني لعلاقة النقل بين gfs وVGS.
Qg: إجمالي سعة شحن البوابة. MOSFET هو جهاز قيادة من نوع الجهد الكهربي. عملية القيادة هي عملية إنشاء جهد البوابة. يتم تحقيق ذلك عن طريق شحن السعة بين مصدر البوابة ومصرف البوابة. وسيتم مناقشة هذا الجانب بالتفصيل أدناه.
Qgs: سعة شحن مصدر البوابة
Qgd: الشحن من البوابة إلى المصرف (مع الأخذ بعين الاعتبار تأثير ميلر). MOSFET هو جهاز قيادة من نوع الجهد الكهربي. عملية القيادة هي عملية إنشاء جهد البوابة. يتم تحقيق ذلك عن طريق شحن السعة بين مصدر البوابة ومصرف البوابة.
Td(on): وقت تأخير التوصيل. الوقت من ارتفاع جهد الدخل إلى 10% حتى انخفاض VDS إلى 90% من سعته
Tr: وقت الارتفاع، وهو الوقت الذي ينخفض فيه جهد الخرج VDS من 90% إلى 10% من سعته
Td(off): وقت تأخير إيقاف التشغيل، وهو الوقت من انخفاض جهد الدخل إلى 90% حتى ارتفاع VDS إلى 10% من جهد إيقاف التشغيل
Tf: وقت السقوط، وهو الوقت الذي يرتفع فيه جهد الخرج VDS من 10% إلى 90% من سعته
Ciss: سعة الإدخال، وقصر دائرة الصرف والمصدر، وقياس السعة بين البوابة والمصدر بإشارة تيار متردد. كيبك = CGD + CGS (دائرة قصر CDS). له تأثير مباشر على تأخير تشغيل وإيقاف تشغيل الجهاز.
Coss: سعة الخرج، وقصر الدائرة الكهربائية للبوابة والمصدر، وقياس السعة بين المصرف والمصدر بإشارة تيار متردد. كوس = CDS + CGD
Crss: سعة الإرسال العكسي. مع توصيل المصدر بالأرض، تكون السعة المقاسة بين المصرف والبوابة Crss=CGD. أحد المعلمات المهمة للمفاتيح هو وقت الصعود والهبوط. Crss=CGD
يتم تقسيم السعة بين الأقطاب والسعة المستحثة MOSFET لـ MOSFET إلى سعة الإدخال وسعة الإخراج وسعة التغذية المرتدة من قبل معظم الشركات المصنعة. القيم المذكورة هي لجهد التصريف الثابت إلى المصدر. تتغير هذه السعات مع تغير جهد مصدر التصريف، ويكون لقيمة السعة تأثير محدود. تعطي قيمة سعة الإدخال فقط إشارة تقريبية للشحن الذي تتطلبه دائرة السائق، في حين أن معلومات شحن البوابة تكون أكثر فائدة. إنه يشير إلى كمية الطاقة التي يجب أن تشحنها البوابة للوصول إلى جهد محدد من البوابة إلى المصدر.
4. انهيار الانهيار الجليدي المعلمات المميزة
تعد معلمة خاصية انهيار الانهيار الجليدي مؤشرًا على قدرة MOSFET على تحمل الجهد الزائد في حالة إيقاف التشغيل. إذا تجاوز الجهد الجهد حد مصدر التصريف، فسيكون الجهاز في حالة انهيار جليدي.
EAS: طاقة انهيار الانهيار الجليدي النبضي الواحد. هذه معلمة حدية، تشير إلى الحد الأقصى لطاقة انهيار الانهيار الجليدي التي يمكن أن يتحملها MOSFET.
IAR: تيار الانهيار الجليدي
الأذن: طاقة انهيار الانهيار الجليدي المتكررة
5. في معلمات الصمام الثنائي في الجسم الحي
IS: أقصى تيار حر مستمر (من المصدر)
ISM: أقصى تيار حر للنبض (من المصدر)
VSD: انخفاض الجهد الأمامي
Trr: وقت الاسترداد العكسي
Qrr: استرداد الرسوم العكسية
طن: وقت التوصيل إلى الأمام. (لا يكاد يذكر في الأساس)
MOSFET وقت التشغيل وتعريف وقت إيقاف التشغيل
أثناء عملية التقديم، غالبًا ما يلزم مراعاة الخصائص التالية:
1. خصائص معامل درجة الحرارة الإيجابية لـ V (BR) DSS. وهذه الخاصية، التي تختلف عن الأجهزة ثنائية القطب، تجعلها أكثر موثوقية مع ارتفاع درجات حرارة التشغيل العادية. لكنك تحتاج أيضًا إلى الانتباه إلى موثوقيتها أثناء بداية البرد في درجات الحرارة المنخفضة.
2. خصائص معامل درجة الحرارة السلبية لـ V(GS)th. سوف تنخفض إمكانات عتبة البوابة إلى حد ما مع زيادة درجة حرارة الوصلة. سوف تعمل بعض الإشعاعات أيضًا على تقليل احتمالية العتبة هذه، وربما حتى أقل من الصفر المحتمل. تتطلب هذه الميزة من المهندسين الانتباه إلى التداخل والتشغيل الخاطئ لوحدات MOSFET في هذه المواقف، خاصة بالنسبة لتطبيقات MOSFET ذات إمكانات العتبة المنخفضة. بسبب هذه الخاصية، من الضروري في بعض الأحيان تصميم إمكانات الجهد المنخفض لمشغل البوابة إلى قيمة سالبة (بالإشارة إلى النوع N والنوع P وما إلى ذلك) لتجنب التداخل والتشغيل الخاطئ.
3. خصائص معامل درجة الحرارة الإيجابية لـ VDSon/RDSo. الخاصية التي تزيد VDSon/RDSon قليلاً مع زيادة درجة حرارة الوصلة تجعل من الممكن استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة بشكل مباشر على التوازي. الأجهزة ثنائية القطب هي عكس ذلك تمامًا في هذا الصدد، لذا فإن استخدامها بالتوازي يصبح معقدًا للغاية. سوف يزيد RDson أيضًا بشكل طفيف مع زيادة المعرف. هذه الخاصية وخصائص درجة الحرارة الإيجابية للوصلة والسطح RDSon تمكن MOSFET من تجنب الانهيار الثانوي مثل الأجهزة ثنائية القطب. ومع ذلك، تجدر الإشارة إلى أن تأثير هذه الميزة محدود للغاية. عند استخدامها بشكل متوازٍ أو تطبيقات الدفع والسحب أو غيرها، لا يمكنك الاعتماد بشكل كامل على التنظيم الذاتي لهذه الميزة. ولا تزال هناك حاجة إلى بعض التدابير الأساسية. وتوضح هذه الخاصية أيضًا أن خسائر التوصيل تصبح أكبر عند درجات الحرارة المرتفعة. ولذلك، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لاختيار المعلمات عند حساب الخسائر.
4. خصائص معامل درجة الحرارة السلبية للمعرف، وفهم معلمات MOSFET وخصائصه الرئيسية ID ستنخفض بشكل ملحوظ مع زيادة درجة حرارة الوصلة. هذه الخاصية تجعل من الضروري في كثير من الأحيان مراعاة معلمات التعريف الخاصة به عند درجات حرارة عالية أثناء التصميم.
5. خصائص معامل درجة الحرارة السلبية لقدرة الانهيار الجليدي IER/EAS. بعد زيادة درجة حرارة الوصلة، على الرغم من أن MOSFET سيكون لها V(BR)DSS أكبر، تجدر الإشارة إلى أنه سيتم تقليل EAS بشكل كبير. وهذا يعني أن قدرتها على تحمل الانهيارات الثلجية في ظل ظروف درجات الحرارة المرتفعة أضعف بكثير من قدرتها في درجات الحرارة العادية.
6. إن قدرة التوصيل وأداء الاسترداد العكسي للصمام الثنائي الطفيلي في MOSFET ليست أفضل من الثنائيات العادية. ومن غير المتوقع أن يتم استخدامه كحامل التيار الرئيسي في الحلقة في التصميم. غالبًا ما يتم توصيل الثنائيات المعوقة على التوالي لإبطال صلاحية الثنائيات الطفيلية في الجسم، ويتم استخدام الثنائيات المتوازية الإضافية لتشكيل حامل كهربائي للدائرة. ومع ذلك، يمكن اعتباره حاملًا في حالة التوصيل قصير المدى أو بعض متطلبات التيار الصغيرة مثل التصحيح المتزامن.
7. قد يؤدي الارتفاع السريع في إمكانات التصريف إلى إطلاق زائف لمحرك البوابة، لذلك يجب أخذ هذا الاحتمال في الاعتبار في تطبيقات dVDS/dt الكبيرة (دوائر التبديل السريع عالية التردد).
وقت النشر: 13 ديسمبر 2023
