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MOSFET de potencia

MOSFET de potencia

La tecnología MOSFET es ideal para su uso en muchas aplicaciones de energía, donde la baja resistencia de encendido permite alcanzar altos niveles de eficiencia.

Hay una serie de diferentes variedades de MOSFET de potencia disponibles de diferentes fabricantes, cada uno con sus propias características y capacidades.

Muchos MOSFET de potencia incorporan una topología de estructura vertical. Esto permite la conmutación de alta corriente con alta eficiencia dentro de un área de matriz relativamente pequeña. También permite que el dispositivo admita conmutación de alta corriente y voltaje.

Tipos de MOSFET de potencia

Dentro del campo general de los MOSFET de potencia, hay una serie de tecnologías específicas que han sido desarrolladas y abordadas por diferentes fabricantes. Utilizan una serie de técnicas diferentes que permiten a los MOSFET de potencia transportar la corriente y manejar los niveles de potencia de manera más eficiente. Como ya se mencionó, a menudo incorporan una forma de estructura vertical.

Los diferentes tipos de MOSFET de potencia tienen diferentes atributos y, por lo tanto, pueden ser especialmente adecuados para determinadas aplicaciones.

  • MOSFET de potencia planar: Esta es la forma básica de poder MOSFET. Es bueno para clasificaciones de alto voltaje porque la resistencia ON está dominada por la resistencia epi-layer. Esta estructura se usa generalmente cuando no se necesita una alta densidad celular.
  • VMOS: Los MOSFET de potencia VMOS han estado disponibles durante muchos años. El concepto básico utiliza una estructura de ranura en V para permitir un flujo más vertical de la corriente, proporcionando así niveles de resistencia ON más bajos y mejores características de conmutación. Aunque se utilizan para conmutación de potencia, también se pueden utilizar para pequeños amplificadores de potencia de RF de alta frecuencia.
  • UMOS: La versión UMOS del MOSFET de potencia usa una arboleda similar a la del VMOS FET. Sin embargo, la arboleda tiene un fondo más plano y ofrece algunas ventajas diferentes.
  • HEXFET: Esta forma de poder MOSFET utiliza una estructura hexagonal para proporcionar la capacidad actual.
  • TrenchMOS: Nuevamente, el MOSFET de potencia TrenchMOS utiliza una arboleda o zanja básica similar en el silicio básico para proporcionar una mejor capacidad de manejo y características. En particular, los MOSFET de potencia de trinchera se utilizan principalmente para voltajes superiores a 200 voltios debido a su densidad de canal y, por lo tanto, a su menor resistencia al encendido.

Voltaje de ruptura del MOSFET de potencia

El voltaje de ruptura es un parámetro clave para cualquier dispositivo de potencia, incluidos los MOSFET de potencia. Como estos dispositivos pueden operar voltajes muy superiores a los encontrados en circuitos electrónicos de baja potencia, el voltaje de ruptura de voltaje es un aspecto importante de cualquier dispositivo MOSFET de potencia.

En la mayoría de los MOSFET de potencia, la terminación de la fuente N + y la unión del cuerpo P se acortan utilizando la metalización de la fuente. Esto evita la posibilidad de un encendido espurio del transistor bipolar parásito dentro de la estructura.

En funcionamiento, cuando no se aplica polarización a la puerta, el dispositivo puede proporcionar un alto voltaje de drenaje a través del cuerpo de tipo P con polarización inversa y la unión de la capa epitaxial N + (mostrada como P-silicio y N- en el diagrama MOSFET de potencia plana ). Cuando hay altos voltajes, la mayor parte del voltaje aplicado aparece a través de la capa de N ligeramente dopada. Si se requiere un voltaje de operación más alto, entonces la capa de N puede doparse más ligeramente y hacerse más gruesa, pero esto también tiene el efecto de aumentar la resistencia ON.

Para dispositivos de voltaje más bajo, los niveles de dopaje para las áreas de silicio P y el N- se vuelven comparables y el voltaje se comparte entre estas dos capas. Sin embargo, si el área de silicio P no es lo suficientemente gruesa, se puede encontrar que la región de agotamiento puede atravesar la región de la fuente de N +, dando lugar a un voltaje de ruptura más bajo.

Por otro lado, si el dispositivo está diseñado para un voltaje demasiado alto, la resistencia del canal y el voltaje umbral aumentarán. Como resultado, se necesita una cuidadosa optimización del dispositivo. Además, al elegir dispositivos MOSFET de potencia, es necesario optar por uno que proporcione la combinación correcta de voltaje de ruptura y resistencia ON.

Capacidad

El comportamiento de conmutación de cualquier MOSFET de potencia se ve muy afectado por los niveles de capacitancia parásita que se produce dentro del dispositivo.

Las principales áreas de capacitancia que afectan el rendimiento de conmutación son la capacitancia de puerta a fuente CGS; puerta para drenar la capacitancia, CGD; y el desagüe a la fuente, CDS.

Estas capacitancias no son lineales y dependen de la estructura del dispositivo y los voltajes presentes en un momento dado. Su resultado de la capacitancia de óxido dependiente de la polarización y la capacitancia de la capa de agotamiento dependiente de la polarización. Por lo general, a medida que aumentan los voltajes, las capas de agotamiento aumentan y los niveles de capacitancia disminuyen.

Voltaje de umbral del MOSFET de potencia

El voltaje de umbral que normalmente se designa como VGS (TH) es el voltaje mínimo de la puerta que puede formar un canal conductor entre la fuente y el drenaje.

Para los MOSFET de potencia, este voltaje de umbral se mide normalmente para una corriente de fuente de drenaje de 250 µA.

El voltaje umbral está determinado por factores en el MOSFET de potencia, incluido el grosor del óxido de la puerta y la concentración de dopaje en el canal.

Aplicaciones de Power MOSFET

La tecnología Power MOSEFET es aplicable a muchos tipos de circuitos. Las aplicaciones incluyen:

  • Fuentes de alimentación lineales
  • Fuentes de alimentación conmutadas
  • Convertidores DC-DC
  • Control de motor de baja tensión

Los MOSFET de potencia se utilizan normalmente en aplicaciones donde los voltajes no superan los 200 voltios. Los voltajes más altos no son tan fáciles de conseguir. Donde se utilizan los MOSFET de potencia, es su baja resistencia ON lo que es particularmente atractivo. Esto reduce la disipación de energía, lo que reduce el costo y el tamaño, se requiere menos trabajo de metal y enfriamiento. Además, la baja resistencia ON significa que los niveles de eficiencia se pueden mantener a un nivel más alto.


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