أصبح MOSFET منذ بدايتها قبل 30 عاما في التيار الرئيسي للارتفاع وتيرة تحويل الطاقة التبديل. تم التكنولوجيا تحسنت باطراد، والآن لدينا بالفعل لقيمة milliohms RDSON من MOSFET منخفضة الجهد. لأجهزة الجهد العالي، فإنه يقترب بسرعة أرقام. التقدم في تكنولوجيا MOSFET نفذت اثنين من التحسينات الرئيسية في هذه خندق البوابة وبنية التوازن تهمة . تم تطوير تقنية تهمة التوازن في الأصل قادرة على إنتاج superjunction (superjunction) MOSFET عالية جهاز الجهد، والتقنية هي الآن أيضا تمتد إلى جهد أقل. على الرغم من أن هذا الأسلوب يقلل بشكل ملحوظ من RDSON اقتران بالسعة وقبل كل شيء، ولكنه أيضا يجعل الأخير أكثر غير الخطية. تهمة والطاقة MOSFET التخزين الفعال هو انخفاض في الواقع، ويتم تقليل بشكل كبير، ومع ذلك، مقارنة أو حساب هذه المعلمات لتحقيق الأداء الأمثل للMOSFET، فقد أصبح مسألة معقدة جدا.
الشكل 1A. هيكل والسعة من MOSFET الخندق
الشكل 1B. السعة المكافئة
حددت ثلاثة السعة الأساسية المرتبطة MOSFET هو مبين في الأرقام 1a و 1B. VDS بطريقة بوصفها وظيفة من قياسات هذه السعة ليست مهمة بسيطة، الأمر الذي يتطلب بعضها ذات دائرة قصيرة أو مفتوحة (من اليسار العائمة) منهم في هذه العملية. قيم ثلاثة قياسات وبيانات المنتجات النهائية في التعاريف الواردة في ما يلي:
كيبك = CGS + CGDCOSS = CDS + CDGCRSS = CGD
في هذه القيم الثلاث، وإدخال غير الخطية السعة CGS هو أدنى مستوى. ومن السعة بين هيكل البوابة والمصدر، وليس بوصفها وظيفة من VDS يختلف. من ناحية أخرى، CGD هو غاية غير الخطية، لجهاز فائقة التوصيل، وفي النطاق الأول 100V إلى ما يقرب من ثلاث درجات. كما أنه يساعد في VDS = 0 رؤية طويلة لكيبك خطوة صغيرة.
في الآونة الأخيرة، مهتما كثير من الناس في معرفة خصائص كوس وتأثيرها على تحويل عالية التردد. هناك العديد من الأسباب، على سبيل المثال، وتخزين تهمة والخسارة كوس أصبح أكبر تحد لارتفاع وتيرة AC-DC تحويل. بشكل عام، أي الخسائر المرتبطة مكثف تتناسب مع مربع الجهد التطبيقية. وثيقة ك المشار إليها أعلاه، ونفس الطاقة المخزونة في خسائر مكثف في 550V و 2100 مرة أعلى من 12V. مع القلق المتزايد للحد من RDSON، انخفض فقدان التوصيل بشكل ملحوظ، ولكن كوس ولا نقصان نسبيا. على سبيل المثال، في وقت سابق، 600V MOSFET في TO-220 RDSON أدنى في آن واحد هو 340 ميغاواط. الآن، انخفض القيمة إلى 65 ميغاواط في 600V جهاز تقاطع السوبر. للمكثف، جهاز مماثل وجود مقارنة أكثر وضوحا بين RDSON قيم التكنولوجيات المختلفة. الشكل 2 يقارن السعة من كلا الجهازين: واحد هو SiHP17N60D، وهو عبارة عن جهاز مستو، والآخر هو SiHP15N60E، وهو MOSFET تقاطع السوبر، وكان بالقرب من ولكن أقل قليلا RDSON. يرجى ملاحظة أن يتم رسم هذه القيم على مقياس لوغاريتمي. لجهاز فائقة تقاطع، تم تخفيض كوس من 100V في 136 الجبهة الوطنية إلى 67 الجبهة الوطنية، ولكنه يصبح أيضا أكثر غير الخطية. في الطائرة من الجهاز، كوس VDS = 0V و100V في نسبة 25: 1، ولكن زادت ثلاثة أضعاف إلى 75: 1. عندما VDS = 0، كوس القيم أكبر من كيبك السعة المدخلات من غير المألوف.
الشكل 2. مقارنة مستو MOSFET ومكثف السوبر تقاطع MOSFET
إشارة - من طبيعة غير الخطية من محاولات كثيرة لتفسير كوس، ونظرة جديدة إلى آثاره على التبديل عالية التردد. بعد كوس منحنى التكامل، وغيرها من معالجة التناظرية معقدة، ومعظم هذه المراجع لديها السعة أعيد التأكيد غير الخطي. وعرضه، محاكاة وتحليل "إشارة صغيرة" والسعة "إشارة كبيرة" بالسعة مثل المصطلحات. بالإضافة إلى صحيحة من الناحية الفنية، وهذه الشروط الجديدة من جهة نظر الصناعة لا يوجد فرق عملي بين المنتجات. كما يمكن أن يرى، لا شيء أكثر من ما يسمى القيم السعة إشارة كبيرة المرتبطة وقت COTR، والقيم المرجعية نشرت بعد سنوات عديدة وقد تم تنظيم هذه الصناعة MOSFET. غرامة بين نتائج المحاكاة والمعلومات الرقمية وتسليط الضوء على الخلافات لا تزال كذلك في نطاق التسامح من وصف المنتج MOSFET والكتلة المعنية.
ويقترح طريقة تحليل آخر في سلسلة مع المقاوم مخبأة كوس، أي ROSS، جميع الخسائر غير المبررة لوصف السعة غير الخطية المرتبطة بها (انظر المرجع ). ولكن التناقض مع النظرية الأساسية الدائرة، التي تنص بوضوح: تهمة مكثف الكامل وتصريف فقدان الطاقة والتي يتم تحديدها من قبل الذاكرة، بغض النظر عن قيمة أي المقاوم في سلسلة. حول ROSS، لم يكن هناك واحد أو شرح التحقق التجريبي من أي مستوى أشباه الموصلات، والموجي ورقة قدمت بشكل واضح يظهر MOSFET الجسم الصمام الثنائي التوصيل، الذي يقدم أسهل لتلك الخسائر (إن الكلمات لا غريبة جدا) تفسير. في الواقع، عندما التحليل التوصيل الجسم الصمام الثنائي من أي دائرة الجسر وجود الحمل الاستقرائي هو الاعتبار الأول. في المنشورات الحديثة الأخرى في الاجتماع استعراض الأقران (المرجع و ) وقد اقترح ذلك، فإن تهمة كوس والطاقة المخزنة في التباطؤ موجودا، وربما يكون هناك مختلفة اعتمادا على مسار التيار الكهربائي. هذا التباطؤ وهذا يعني أن مبدأ الحفاظ على تهمة لا تنطبق على MOSFET السلطة.
انها ليست للطعن في القوانين الأساسية للفيزياء، ولكن لإعادة النظر لهم وتحقق من أنها تطبق بشكل صحيح بشكل صحيح في المحفل المناسب، الذي هو أكثر المنير. المسح يقدم لغزا، لذلك قد تكون رائعة قليلا -
إذا تم توصيل المكثفات اثنين في موازاة ذلك، الجهد تهمة لنفس تخزين تهمة والحفاظ على نفسه، ثم، لا بد أن نستنتج أنهم تخزين الطاقة نفسها؟
وفقا لصيغة معروفة Q = CV وE =؟ CV2، ينبغي أن يكون الجواب بالإيجاب "نعم". ويبدو أن ذلك، حتى لو كانت السعة هي غير الخطية، يجب تعيين هذا الاستنتاج حتى في أي جهد. للأسف، هذه الصيغ بتهمة تخزين والطاقة للمألوف غير صالحة عالميا، فإنها لا تنطبق إلا على هذه الحالة بالذات السعة ثابتة. أكثر ويعرف العلاقة الأساسية مثل السعة نقل المسؤول (w.r.t.) معدل التغير في التيار الكهربائي، يتم تعريف الجهد نفسه كمقياس للتغيرات في وحدة شحنة الطاقة. وبعبارة أخرى، فإن العلاقة الأساسية هي
C = DQ / DV، وV = دي / دي كيو
معادلات بسيطة لتهمة والطاقة وجود السعة ثابتة مستمدة الافتراض الضمني. لسعة غير الخطية، يجب أن تكون مستمدة تهمة والطاقة من خلال السعة متكاملة والمسؤول، على التوالي، على الجهد. لمزيد من توضيح هذه النقطة، والنظر في المكثفات المذكورين في FIG. يتم توفير القيمة CREF إشارة مكثف. آخر CV مكثف من 1.5 CREF إلى تغيير خطي في 0.5 س CREF. في 100V، وأنها تحمل نفس التهمة.
ملاحظة المكثفات اثنين C س V منطقة يمكن رؤيتها بوضوح ذلك، ويمكن تنفيذها من خلال دمج قيمة السعة من الجهد للتحقق. ومع ذلك، فإن الطاقة المخزونة مختلفة تماما. إذا دمج تهمة المخزنة في الجهد يمكن العثور عليها، CREF، فقط عندما يكون تخزين الطاقة 100V 83.3. ويمكن أيضا أن ينظر في 75V، CV المخزنة تهمة 10 أكثر من CREF، ولكن كلاهما نفس الطاقة.
الشكل 3. مقارنة ثابت السعة من السعة المتغيرة
المصنعين MOSFET لسنوات عديدة تبذل هذه النقاط، ولكنها ليست لإعلانها التهمة والطاقة، ولكن تحويله إلى اثنين من السعة ما يعادل مختلفة.
COTR - السعة ثابتة، كوس وجود نفس التهمة المخزنة في الشحن إلى 80 VDSS
COER - السعة الثابتة، التي لديها نفس مخازن كوس الطاقة عندما مشحونة إلى 80 VDSS
إشارة يعطي الخبرات "نشطة" قيمة كوس في 80 من تقييم حالة الجهد، هو نفس الوقت تعتمد على السعة المكافئة. ولكن هذا التفسير لا يميز بين COTR تطبيق وCOER، أصبحت كل منهما مختلفة جدا، الحاجة إلى أن تعالج بشكل منفصل. يرجى ملاحظة، COTR وكلا COER نفسها هي وظيفة من الجهد؛ وأي وظيفة لا يتجزأ غير الخطية تنتج دائما وظيفة غير الخطية آخر. ولذلك، فإن المعلومات عن المنتجات لتحديد منهم تحت الجهد محددة، مثل تصنيف VDS من 80 أو 400V. وكوس لنفسه، هناك نوعان من مختلف القيم "معادلة"، واحد لتخزين تهمة وآخر للطاقة، والحقيقة أن أكثر أو أقل قدرة على الإجابة على هذه المشاكل.
COTR وCOER لا تختلف فقط من بعضها البعض، ودرجة الاختلاف بينهما يمكن قياس كمؤشر من غير الخطية. في مثالنا، 1.5: سوف 0.5 مكثف تنتج فرقا بين 16.7 و COTR COER. لSiHP15N60E، وهي نفس نسبة COTR / COER تقريبا 3.6. لغيرها من الأجهزة فائقة التوصيل، ويمكن أن تكون السعة أوسع من حدود 100: 1، ونسبة COTR / COER قد يكون أعلى من 10. FIG. 4A SiHP15N60E إبراز الفرق بين الطاقة المخزونة في هذا الاتهام. بوصفها وظيفة من الجهد، ومعدل التغير المتعلقة بهذه المعلمتين يكون هناك اختلاف كبير. ضمنية COTR مجموعه المخزنة الحاجة تهمة كبيرة، وبالتالي الكبيرة التي سينظر فيها في كل تكوين الجسر، خاصة تلك العاملة في تكوين وضع ZVS. تبرأ MOSFET مكثف لإخراج تبديد الطاقة (دي تنشيط) ليست هي نفسها، يجب أن تحسب تصميم وفقا لCOTR، لا ينبغي أن يكون وفقا للCOER. وبطبيعة الحال، COER فقدان التحويل ولحساب الطاقة لا تزال هناك حاجة (المرجع ).
وينبغي أن يكون واضحا الآن، كوس القيمة المطلقة في أي جهد لم يعد لدينا أي معنى. المستخدمين لم تعد في حاجة إليها. في حد ذاته ليس التفاعل مع السعة الدائرة، ولكن تعريف السلوك المسؤول وتخزين الطاقة. اذا نظرتم الى أي تصميم التي تنطوي على حسابات كوس، وسوف تجد في مكان معين، يتم تحويلها إلى تهمة أو الطاقة المخزونة من قبل الضرب مع الجهد التي تعتمد على عامل. لمزيد من مساعدة مصمم النظام، وعدد من الشركات المصنعة بما في ذلك VISHAY MOSFET بما في ذلك إضافة إلى الآن وCOTR COER، ولكن أيضا لتوفير منحنى الكامل في بيانات المنتج EOSS لها ذات الجهد العالي، كما هو موضح في الشكل 4B. ل100V MOSFET، عادة المحدد في QOSS 50، إلى المساعدة في تحليل الوقت الميت 48V ZVS الدائرة الجسر.
وتنطبق اعتبارات مماثلة إلى السعة نظم الحجز بالكمبيوتر بوابة استنزاف، ولكن قيمتها أقل بكثير من كوس. بحكم التعريف، وقيمة القياس الموجودة في بداية كوس المذكورة هنا. سمة غير الخطية C RSS بالفعل منذ فترة طويلة يعتبر مشكلة، ولقد وصفت في وثائق مختلفة. QGD عنصر منحنى تهمة البوابة ولكن أيضا مجموع المخزنة المسؤول في نظم الحجز بالكمبيوتر، يتطلب هذا الاتهام خلال التبديل أو إيقاف تشغيله أو إزالتها من بوابة الحقن إلى البوابة. لاحظ أن ودالة متعددة التعريف تهمة بوابة الخطية منحنى لا ينقسم على أي خصائص غير الخطية بسبب السعة المعنية. عملية مفتوحة MOSFET ينطوي مختلفين شحن مكثف، وهذه المكثفات لهما الفولتية المختلفة في خارج الدولة (انظر المرجع ).
في التعامل MOSFET، فمن المفيد أن تضع ذلك في الاعتبار: انها ليست من السعة الكهربائية للقطبين مفصولة تكوين عازلة. السعة الخاصة بهم هي في الأساس قصيرة، تحدث بشكل رئيسي خلال فترة التحول، ثم الجهاز يتأثر عالية DV / لDT. يظهر دائرة السعة المكافئة تفصح عن التفاعل بين المواد أشباه الموصلات في نشط بها الحالي المجال. فقط عندما تكون العلاقة الزمن الخطي، وهذا يكشف هو مفيد. للحصول على حالة غير الخطية الشديدة التي نراها في الأجهزة MOSFET اليوم، لا يمكن بأي حال من قبيل المبالغة أن أقول، لم كوس، أو نظم الحجز بالكمبيوتر مثل هذه الأشياء غير موجودة. دمج منحنى السعة للا تكشف عن أي معلومات عن الكيفية التي تتفاعل مع بقية الدوائر. يجب أن المصممين لم محاولة خطي وتصويب المنحنى في بعض الطريق، ولكن ركزت بدلا من ذلك على الأساسيات، وتعمل مباشرة على التهمة وتخزين الطاقة.
