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MOSFET de puissance

MOSFET de puissance

La technologie MOSFET est idéale pour une utilisation dans de nombreuses applications d'alimentation, où la faible résistance de mise en marche permet d'atteindre des niveaux d'efficacité élevés.

Il existe un certain nombre de variétés différentes de MOSFET de puissance disponibles auprès de différents fabricants, chacun avec ses propres caractéristiques et capacités.

De nombreux MOSFET de puissance incorporent une topologie de structure verticale. Cela permet une commutation à courant élevé avec un rendement élevé dans une zone de matrice relativement petite. Il permet également à l'appareil de prendre en charge la commutation de courant et de tension élevés.

Types de MOSFET de puissance

Dans le domaine global des MOSFET de puissance, il existe un certain nombre de technologies spécifiques qui ont été développées et traitées par différents fabricants. Ils utilisent un certain nombre de techniques différentes qui permettent aux MOSFET de puissance de transporter le courant et de gérer les niveaux de puissance plus efficacement. Comme déjà mentionné, ils incorporent souvent une forme de structure verticale

Les différents types de MOSFET de puissance ont des attributs différents et peuvent donc être particulièrement adaptés à des applications données.

  • MOSFET de puissance planaire: C'est la forme de base du MOSFET de puissance. C'est bon pour les valeurs de tension élevées car la résistance ON est dominée par la résistance épi-couche. Cette structure est généralement utilisée lorsqu'une densité cellulaire élevée n'est pas nécessaire.
  • VMOS: Les MOSFET de puissance VMOS sont disponibles depuis de nombreuses années. Le concept de base utilise une structure à rainure en V pour permettre un flux plus vertical du courant, offrant ainsi des niveaux de résistance ON inférieurs et de meilleures caractéristiques de commutation. Bien qu'ils soient utilisés pour la commutation de puissance, ils peuvent également être utilisés pour les petits amplificateurs de puissance RF haute fréquence.
  • UMOS: La version UMOS du MOSFET de puissance utilise un bosquet similaire à celui du VMOS FET. Cependant, le bosquet a un fond plus plat et offre des avantages différents.
  • HEXFET: Cette forme de MOSFET de puissance utilise une structure hexagonale pour fournir la capacité actuelle.
  • TrenchMOS: Encore une fois, le MOSFET de puissance TrenchMOS utilise un bosquet ou une tranchée de base similaire dans le silicium de base pour offrir une meilleure capacité de traitement et de meilleures caractéristiques. En particulier, les MOSFET de puissance de tranchée sont principalement utilisés pour des tensions supérieures à 200 volts en raison de leur densité de canal et donc de leur plus faible résistance ON.

Tension de claquage du MOSFET de puissance

La tension de claquage est un paramètre clé pour tout dispositif d'alimentation, y compris les MOSFET de puissance. Comme ces dispositifs peuvent fonctionner à des tensions bien supérieures à celles rencontrées dans les circuits électroniques de faible puissance, la tension de claquage de tension est un aspect important de tout dispositif MOSFET de puissance.

Dans la plupart des MOSFET de puissance, la terminaison de source N + et la jonction de corps P sont court-circuitées en utilisant la métallisation de la source. Ceci évite la possibilité d'une mise en circuit parasite du transistor bipolaire parasite à l'intérieur de la structure.

En fonctionnement, lorsqu'aucune polarisation n'est appliquée à la grille, le dispositif est capable de fournir une tension de drain élevée à travers le corps de type P polarisé en inverse et la jonction de couche épitaxiale N + (représentée par P-silicium et N- sur le diagramme MOSFET de puissance planaire ). Lorsque des tensions élevées sont présentes, la plupart de la tension appliquée apparaît à travers la couche N légèrement dopée. Si une tension de fonctionnement plus élevée est requise, alors la couche N peut être légèrement dopée et rendue plus épaisse, mais cela a également pour effet d'augmenter la résistance ON.

Pour les dispositifs à plus faible tension, les niveaux de dopage des zones de silicium P et du N- deviennent comparables et la tension est partagée entre ces deux couches. Cependant, si la zone de silicium P n'est pas suffisamment épaisse, il peut être constaté que la région d'appauvrissement peut pénétrer dans la région de source N +, donnant lieu à une tension de claquage plus faible.

D'autre part, si l'appareil est conçu pour une tension trop élevée, la résistance du canal et la tension de seuil augmenteront. En conséquence, une optimisation minutieuse de l'appareil est nécessaire. De plus, lors du choix des dispositifs MOSFET de puissance, il est nécessaire d'en choisir un qui offre la bonne combinaison de tension de claquage et de résistance ON.

Capacitance

Le comportement de commutation de tout MOSFET de puissance est grandement affecté par les niveaux de capacité parasite qui se produisent à l'intérieur de l'appareil.

Les principaux domaines de capacité qui affectent les performances de commutation sont la capacité grille à source CGS; grille pour drainer la capacité, CGD; et le drain vers la source, CDS.

Ces capacités ne sont pas linéaires et dépendent de la structure du dispositif et des tensions présentes à un instant donné. Ils résultent de la capacité d'oxyde dépendant de la polarisation et de la capacité de couche d'appauvrissement dépendant de la polarisation. Généralement, à mesure que les tensions augmentent, les couches d'appauvrissement augmentent et les niveaux de capacité diminuent.

Tension de seuil du MOSFET de puissance

La tension de seuil qui est normalement désignée par VGS (TH) est la tension de grille minimale pouvant former un canal conducteur entre la source et le drain.

Pour les MOSFET de puissance, cette tension de seuil est normalement mesurée pour un courant de source drain de 250 µA.

La tension de seuil est déterminée par des facteurs du MOSFET de puissance comprenant l'épaisseur d'oxyde de grille et la concentration de dopage dans le canal.

Applications MOSFET de puissance

La technologie Power MOSEFET est applicable à de nombreux types de circuits. Les applications incluent:

  • Alimentations linéaires
  • Alimentation à découpage
  • Convertisseurs DC-DC
  • Contrôle moteur basse tension

Les MOSFET de puissance sont normalement utilisés dans des applications où les tensions ne dépassent pas environ 200 volts. Des tensions plus élevées ne sont pas si facilement réalisables. Lorsque les MOSFET de puissance sont utilisés, c'est leur faible résistance ON qui est particulièrement intéressante. Cela réduit la dissipation de puissance, ce qui réduit le coût et la taille, moins de travail du métal et de refroidissement sont nécessaires. De plus, la faible résistance ON signifie que les niveaux d'efficacité peuvent être maintenus à un niveau plus élevé.


Voir la vidéo: Transistor MOSFET et Variateur de vitesse dune Machine à Courant Continu à base de ce transistor. (Septembre 2021).