Quvvatli tranzistor texnologiyasini tahlil qilish

Quvvatli tranzistorlarning rivojlanish holati
O'n yillik rivojlanishdan so'ng sezilarli yutuqlarga erishildi. Dastlabki bipolyar tranzistorlardan (BJT) hozirgi metall oksidli yarimo'tkazgichli dala effektli tranzistorlar (MOSFETs) va izolyatsiyalangan eshikli bipolyar tranzistorlar (IGBTs)gacha kuch tranzistorlari qarshilik, o'tish tezligi, kuchlanish qarshiligi va quvvat zichligi jihatidan ancha yaxshilandi.

Bipolyar tranzistor (BJT)
BJT - bu yuqori oqimga ega va yaxshi chiziqli xususiyatlarga ega bo'lgan erta keng tarqalgan quvvat tranzistoridir, lekin uning o'tish tezligi nisbatan sekin va o'tkazuvchanlik yo'qotilishi katta.

Metall oksidli yarim o'tkazgichli dala effektli tranzistor (MOSFET)
MOSFETlar yuqori kirish empedansi, past qarshilik va tez o'tish xususiyatlariga ega, bu ularni yuqori tezlikda almashtirish va past kuchlanishli ilovalar uchun mos qiladi. U kommutatsiya quvvat manbalari, DC-DC konvertorlari va elektr transport vositalari kabi sohalarda keng qo'llaniladi.

Izolyatsiya qilingan eshikli bipolyar tranzistor (IGBT)
IGBT BJT ning past o'tkazuvchanlik yo'qotilishini yuqori kirish empedansi va MOSFET ning tez o'tish xususiyatlari bilan birlashtiradi, bu uni invertorlar va motor drayverlari kabi yuqori kuchlanish va yuqori oqim ilovalari uchun mos qiladi.

Asosiy turlari
Quvvatli tranzistorlar asosan quyidagi toifalarga bo'linadi, ularning har biri o'ziga xos xususiyatlari va qo'llanilishi stsenariylariga ega:
Past kuchlanishli MOSFET
Asosan kompyuterning anakartlari, batareyani boshqarish tizimlari va portativ elektron qurilmalar kabi past kuchlanishli va yuqori tezlikli kalit dasturlarda qo'llaniladi. U juda past qarshilik, tez almashtirish tezligi va kam quvvat sarfiga ega.

Yuqori kuchlanishli MOSFET
Asosan quvvatni boshqarish, yoritish va elektr transport vositalari kabi sohalarda qo'llaniladi. U yuqori kuchlanish qarshiligi va past o'tkazuvchanlik yo'qotilishiga ega, lekin o'tish tezligi nisbatan past.

IGBT
Asosan elektr transport vositalari uchun invertorlar, chastota konvertorlari va motorni boshqarish tizimlari kabi yuqori voltli va yuqori oqim ilovalarida qo'llaniladi. U BJT va MOSFET afzalliklarini birlashtiradi, lekin yuqori chastotali ilovalarda yomon ishlaydi.

MOSFET ustki birikmasi
Bu takomillashtirilgan MOSFET bo'lib, tranzistor strukturasini optimallashtirish orqali yoqilgan qarshilikni sezilarli darajada kamaytiradi va chidamli kuchlanish qobiliyatini yaxshilaydi. U yuqori samarali quvvat manbalari va invertorlarda keng qo'llaniladi.

Asosiy texnik parametrlar
Quvvatli tranzistorlarni tanlash va ishlatishda quyidagi asosiy texnik parametrlarni hisobga olish kerak:
Qarshilikda (RDS (yoqilgan))
Qarshilik qanchalik past bo'lsa, yo'qotish shunchalik kichik bo'ladi, bu tizim samaradorligini oshirishga yordam beradi. MOSFETlarning qarshiligi odatda BJT va IGBTlarga qaraganda past.

Maksimal oqim (ID)
Bu tranzistor bardosh bera oladigan maksimal oqimga ishora qiladi va tanlov sxemaning joriy talablariga javob berishi mumkinligini ta'minlashi kerak.

Kuchlanish qarshiligi (VDS yoki VCE)
Bu tranzistor o'chirilgan holatda bardosh bera oladigan maksimal kuchlanishni bildiradi. Har xil dastur stsenariylarida kuchlanish qarshiligiga qo'yiladigan talablar o'zgarib turadi va tegishli model muayyan ehtiyojlarga qarab tanlanishi kerak.

Kommutatsiya tezligi (tr va tf)
Bu tranzistorning o'tkazuvchanlikdan uzilishgacha yoki uzilishdan o'tkazishgacha bo'lgan vaqtni anglatadi. Yuqori tezlikni o'zgartirish ilovalari tez almashtirish tezligiga ega tranzistorlarni tanlashni talab qiladi.

Quvvat sarfi (PD)
Bu tranzistorning ishlashi paytida hosil bo'lgan issiqlikni anglatadi. Yuqori quvvat sharoitida barqaror ishlashini ta'minlash uchun yaxshi issiqlik tarqalish ko'rsatkichlariga ega tranzistorlarni tanlash kerak.

Ilova stsenariylari
Quvvatli tranzistorlar turli sohalarda keng qo'llaniladi va quyida bir nechta odatiy stsenariylar mavjud:
Kommutatsiya rejimi Elektr ta'minoti
Quvvat manbalarini almashtirishda MOSFET va IGBT energiyani samarali aylantirish uchun keng qo'llaniladi. MOSFETlar past kuchlanishli kommutatsiya quvvat manbalari uchun javob beradi, IGBT esa yuqori voltli kommutatsiya quvvat manbalari uchun ishlatiladi.

elektr transport vositasi
Xitoyda motorni boshqarish va energiyani boshqarish tizimi IGBT va MOSFETdan keng foydalanadi. IGBT yuqori kuchlanishli va yuqori oqimli vosita haydovchisi uchun mos keladi, MOSFET esa batareyani boshqarish va DC-DC konvertorlari uchun ishlatiladi.

Fotovoltaik invertor
Quvvatli tranzistorlar to'g'ridan-to'g'ri oqimni o'zgaruvchan tokka aylantirish uchun ishlatiladi. IGBT va superjunction MOSFET odatda bunday yuqori samarali energiya konvertatsiya qilish qurilmalarida qo'llaniladi.

sanoatni avtomatlashtirish
Sanoatni avtomatlashtirish sohasida quvvat tranzistorlari motorli drayvlar, chastota konvertorlari va servo tizimlar uchun ishlatiladi. Uning samarali va ishonchli xususiyatlari tizimning barqaror ishlashini ta'minlaydi
Kelajakdagi rivojlanish tendentsiyalari
Quvvatli tranzistor texnologiyasi kelajakda rivojlanishda va rivojlanishda davom etadi, asosiy tendentsiyalar, jumladan:

Samaradorlikni oshiring va quvvat sarfini kamaytiring
Tranzistor tuzilishi va materiallarini optimallashtirish, qarshilik va kommutatsiya yo'qotishlarini yanada kamaytirish, tizim samaradorligini oshirish va energiya sarfini kamaytirish.

Yangi materiallarni qo'llash
Silikon karbid SiC va galliy nitridi GaN kabi keng tarmoqli yarimo'tkazgich materiallarini quvvat tranzistorlarida qo'llash tobora keng tarqalmoqda. SiC va GaN tranzistorlari yuqori kuchlanish qarshiligi, yuqori chastotali va past yo'qotish xususiyatlariga ega va energiyani samarali konvertatsiya qilish sohasida muhim rol o'ynaydi.

Integratsiya va aql
Intellektual quvvat modulini (IPM) shakllantirish uchun quvvat tranzistorlari, harakatlantiruvchi davrlar va himoya sxemalarini bir paketga birlashtirish dizaynni soddalashtiradi va ishonchlilikni oshiradi. Intellektual quvvat modullari sanoat avtomatizatsiyasi, elektr transport vositalari va maishiy texnika kabi sohalarda keng qo'llaniladi.

Yuqori chastotali konvertatsiya
Simsiz zaryadlash va 5G aloqasi kabi yuqori chastotali ilovalarning o'sishi bilan quvvat tranzistorlari yuqori kommutatsiya chastotalariga ega bo'lishi kerak. Yangi materiallar va dizaynlar yuqori chastotali ilovalarda quvvat tranzistorlarini ishlab chiqishga yordam beradi.

Miniatizatsiya
Elektron qurilmalarning yupqa, engil va ixcham o'lchamlariga qarab rivojlanishi bilan quvvat tranzistorlari ham portativ va miniatyuralashtirilgan qurilmalar ehtiyojlarini qondirish uchun kichikroq o'lchamlarga va yuqori quvvat zichligiga qarab rivojlanadi.

 

https://www.trrsemicon.com/transistor/mosfet-transistor/mosfet-ao3406.html