ماسفت قدرت

نوشته شده توسط سیگنال‌کالا 1400/09/30

سیگنال کالا با توجه به نیاز موجود به اطلاعات دقیق و به روز در حوزه الکترونیک و همچنین در جهت گسترش دانش و امکان به کارگیری آن در این حوزه، اقدام به جمع‌آوری مقالات معتبری در این زمینه کرده است. مقالات مذکور،جهت سهولت دسترسی به اطلاعات دست اول و  افزایش نوآوری و سهولت در استفاده از ابزار الکترونیکی برای مخاطبان ، توسط سیگنال کالا ترجمه شده و در اختیار عموم قرار گرفته است.

 

ماسفت قدرت چیست؟

 

 

 

ماسفت قدرت نوعی ماسفت است که برای کنترل سطوح بالای ولتاژ بکار برده می­شود. ماسفت قدرت دارای سرعت کلیدزنی بالایی است و در مقایسه با ماسفت­های عادی در سطوح ولتاژ پایین می­تواند عملکرد بهتری را از خود به نمایش بگذارد. با این­حال، اصول عملیاتی آن بسیار شبیه به سایر ماسفت­های معمولی است. ماسفت­های قدرت که کاربرد جامعی دارند دارای ماهیت n-کانالی مد-نقویتی یا p-کانالی مد-تقویتی یا n-کانالی مد تخلیه هستند.

 

همچنین، انواع مختلفی از ساختارهای ماسفت همانند MOS دیفیوز عمودی (VDMOS) یا MOS دیفویز دوگانه (DMOS)، UMOS یا MOS-شیاری، VMOS و غیره وجود دارد. شکل ۱ مد VDMOS دارای n-سوبستره را نشان می­دهد که از n سوبستره و یک لایه­ی n-همبافته تشکیل شده است که در آن p و n+ ناحیه با استفاده از فرآیند دیفیوژن دوگانه تعبیه شده است.

 

در اینجا، هرگاه ولتاژ گیت به سورس مثبت شود، کانال در یک ناحیه­ی-p تشکیل می­شود. مهم­تر از همه، در اینجا ترمینال سورس (S)  بر روی ترمینال درین (D) قرار داده شده است که ساختار عمودی تشکیل می­دهد. در نتیجه، در VDMOS، جریان از زیر ناحیه­ی گیت و بصورت عمودی بین ترمینال­های سورس و درین از طریق چند سورس n+ با هدایت موازی جریان می­یابد. در نتیجه، مقاومت بوجود آمده توسط دستگاه در حالت روشن بودن RDS(ON) بسیار کم­تر از آن برای ماسفت­های عادی است که آن­ها را برای کنترل جریان­های بالا فعال می­کند. این مقاومت دستگاه به ازای افزایش جریان به اندازه­ی ۶٪ (شکل ۲ الف) دو برابر می­شود. به بیان دیگر، RDS(ON) بشدت تحت تاثیر دمای اتصال TJ (شکل ۲ ب) قرار می­گیرد و ماهیت مثبتی دارد.

 

مشابه این مورد می­توانیم حتی ماسفت قدرت p-سوبستره داشته باشیم به شرطی که مواد نوع n را با نوع p جایگزین کنیم و سپس پلاریته­های ولتاژ اعمالی را معکوس کنیم. با این­حال، آن­ها در مقایسه با دستگاه­های n-سوبستره دارای RDS(ON) بزرگ­تری هستند چراکه بجای الکترون­ها از حفره­ها به عنوان حامل­های بار اکثریت بهره می­برند. با این­حال، ترجیح داده می­شود که از آن­ها به عنوان کانورترهای باک استفاده شود.

 

 

 

 

هرچند ساختارهای ماسفت­های نرمال و ماسفت­های قدرت متفاوت هستند، اصول پایه پشت عملکرد آن­ها بدون تغییر باقی می­ماند. یعنی، در هر دو مورد، تشکیل کانال هدایتی یکسان است که چیزی نیست جز بایاس مناسب که بر روی ترمینال گیت اعمال می­شود و لایه­ی معکوس حاصل می­شود. در نتیجه، ماهیت مشخصات انتقال (شکل ۳ الف) و مشخصات خروجی (شکل ۳ ب) که توسط هر کدام از آ­ن­ها نمایش داده می­شود تقریبا برابر با هم هستند.

 

 

 

علاوه بر این، باید اشاره شود که در ماسفت­های قدرت که مبتنی بر ساختار عمودی هستند، ناخالص­سازی و ضخامت لایه­ی همبافته مقدار ولتاژ اسمی را تعیین می­کند در حالیکه عرض کانال مقدار جریان اسمی را مشخص می­کند. این دلیلی است که بخاطر آن می­توانند ولتاژ بالای مسدودکننده و جریان بالا را تحمل کنند و بدین ترتیب برای کاربردهای کلیدزنی فشار ضعیف مناسب باشند. با این­حال، حتی ماسفت­های مبتنی بر ساختار جانبی وجود دارند که در مقایسه با طرح­های مبتنی بر ساختار عمودی به خصوص در ناحیه­ی عملیاتی اشباع رفتار بهتری دارند که باعث می­شود بتوان از آن­ها در تقویت­کننده­های رادیویی گرانقیمت استفاده کرد. مزیت دیگر ماسفت قدرت این حقیقت است که می­توان آن­ها را موازی بست چراکه افت ولتاژ مستقیم آن­ها به ازای افزایش دما افزایش می­یابد و در نتیجه توزیع جریان برابر در میان تمام المان­های خود را تضمین می­کند. ماسفت­های قدرت کاربرد وسیعی در منابع تغذیه، مبدل­های DC-DC و کنترلرهای موتور فشار ضعیف دارند.

 

منبع:

https://www.electrical4u.com/power-mosfet/

مقالات مرتبط