Jõutransistortehnoloogia analüüs

Jõutransistoride arengustaatus
Pärast aastakümnete pikkust arengut on tehtud märkimisväärseid edusamme. Alates varastest bipolaarsetest transistoridest (BJT) kuni tänapäevaste metalloksiid-pooljuhtväljatransistorideni (MOSFET) ja isoleeritud paisuga bipolaarsete transistorideni (IGBT) on jõutransistorid sisselülitatud takistuse, lülituskiiruse, pingetakistuse ja võimsustiheduse osas oluliselt paranenud.

Bipolaarne transistor (BJT)
BJT on varakult laialt levinud võimsustransistor, millel on suur vooluvõimendus ja head lineaaromadused, kuid selle lülituskiirus on suhteliselt aeglane ja juhtivuskadu suur.

Metalloksiid-pooljuhtväljatransistor (MOSFET)
MOSFET-idel on kõrge sisendtakistus, madal takistus ja kiired lülitusomadused, mistõttu need sobivad kiireks lülitamiseks ja madalpinge rakendusteks. Seda kasutatakse laialdaselt sellistes valdkondades nagu lülitustoiteallikad, alalis-alalisvoolu muundurid ja elektrisõidukid.

Isoleeritud värava bipolaarne transistor (IGBT)
IGBT ühendab BJT madala juhtivuskao MOSFETi kõrge sisendtakistuse ja kiirete lülitusomadustega, muutes selle sobivaks kõrgepinge ja suure vooluga rakenduste jaoks, nagu inverterid ja mootoriajamid.

Peamised tüübid
Võimsustransistorid jagunevad peamiselt järgmistesse kategooriatesse, millest igaühel on oma ainulaadsed omadused ja rakendusstsenaariumid:
Madalpinge MOSFET
Kasutatakse peamiselt madalpinge ja kiire lülitirakendustes, nagu arvuti emaplaadid, akuhaldussüsteemid ja kaasaskantavad elektroonikaseadmed. Sellel on äärmiselt madal takistus, kiire lülituskiirus ja madal energiatarve.

Kõrgepinge MOSFET
Kasutatakse peamiselt sellistes valdkondades nagu toitehaldus, valgustus ja elektrisõidukid. Sellel on kõrge pingetakistus ja madal juhtivuskadu, kuid lülituskiirus on suhteliselt madal.

IGBT
Kasutatakse peamiselt kõrgepinge ja suure vooluga rakendustes, nagu inverterid, sagedusmuundurid ja elektrisõidukite mootori juhtimissüsteemid. See ühendab BJT ja MOSFETi eelised, kuid töötab kõrgsageduslikes rakendustes halvasti.

Superliite MOSFET
See on täiustatud MOSFET, mis vähendab oluliselt sisselülitamist ja parandab pingetaluvust, optimeerides transistori struktuuri. Seda kasutatakse laialdaselt suure tõhususega toiteallikates ja inverterites.

Peamised tehnilised parameetrid
Jõutransistoride valimisel ja kasutamisel tuleb arvestada järgmiste peamiste tehniliste parameetritega:
Vastupidavus (RDS (sees))
Mida väiksem on sisselülitamise takistus, seda väiksem on sisselülituskadu, mis aitab parandada süsteemi tõhusust. MOSFETide sisselülitamistakistus on tavaliselt madalam kui BJT-de ja IGBT-de oma.

Maksimaalne vool (ID)
See viitab maksimaalsele voolule, mida transistor talub, ja valik peaks tagama, et see vastab vooluahela voolunõuetele.

Pingetakistus (VDS või VCE)
See viitab maksimaalsele pingele, mida transistor väljalülitatud olekus talub. Pingetakistuse nõuded on erinevates rakendusstsenaariumides erinevad ja sobiv mudel tuleks valida vastavalt konkreetsetele vajadustele.

Lülituskiirus (tr ja tf)
See viitab ajale, mis kulub transistori juhtimisest lahtiühendamiseks või lahtiühendamisest juhtimiseks. Kiirete lülitite rakendused nõuavad kiire lülituskiirusega transistorite valimist.

Võimsuse hajumine (PD)
See viitab soojusele, mis tekib transistori töö ajal. Nende stabiilse töö tagamiseks suure võimsusega tingimustes on vaja valida hea soojuseraldusvõimega transistorid.

Rakenduse stsenaariumid
Jõutransistore kasutatakse laialdaselt erinevates valdkondades ja järgmised on mitmed tüüpilised rakendusstsenaariumid:
Lülitusrežiimi toiteallikas
Lülitustoiteallikates kasutatakse tõhusaks energia muundamiseks laialdaselt MOSFETe ja IGBT-sid. MOSFET-id sobivad madalpinge lülitustoiteallikate jaoks, IGBT-sid aga kõrgepinge lülitustoiteallikate jaoks.

elektrisõiduk
Hiina mootorijuhtimis- ja energiajuhtimissüsteem kasutab laialdaselt IGBT-d ja MOSFET-i. IGBT sobib kõrgepinge ja suure vooluga mootoriajami jaoks, MOSFET-i aga aku haldamiseks ja alalis-alalisvoolu muundurite jaoks.

Fotogalvaaniline inverter
Jõutransistore kasutatakse alalisvoolu muutmiseks vahelduvvooluks. Sellistes suure tõhususega energia muundamise seadmetes kasutatakse tavaliselt IGBT-d ja superjunktsiooni MOSFET-i.

tööstusautomaatika
Tööstusautomaatika valdkonnas kasutatakse jõutransistore mootoriajamite, sagedusmuundurite ja servosüsteemide jaoks. Selle tõhusad ja usaldusväärsed omadused tagavad süsteemi stabiilse töö
Tuleviku arengusuunad
Jõutransistoride tehnoloogia areneb ja areneb ka tulevikus, kusjuures peamised suundumused hõlmavad järgmist:

Parandage tõhusust ja vähendage energiatarbimist
Optimeerides transistori struktuuri ja materjale, vähendades veelgi sisselülitamistakistust ja lülituskadusid, parandades süsteemi efektiivsust ja vähendades energiatarbimist.

Uute materjalide rakendamine
Laia ribalaiusega pooljuhtmaterjalide, nagu ränikarbiid SiC ja galliumnitriid GaN, kasutamine jõutransistorides on muutumas üha laiemaks. SiC ja GaN transistoridel on kõrge pingetakistuse, kõrge sageduse ja väikese kadu omadused ning need mängivad olulist rolli tõhusa energia muundamise valdkonnas.

Integratsioon ja intelligentsus
Toitetransistoride, juhtimisahelate ja kaitseahelate integreerimine ühte paketti intelligentse toitemooduli (IPM) moodustamiseks lihtsustab disaini ja parandab töökindlust. Arukaid toitemooduleid hakatakse laialdaselt kasutama sellistes valdkondades nagu tööstusautomaatika, elektrisõidukid ja kodumasinad.

Kõrgsageduslik teisendus
Kõrgsageduslike rakenduste, nagu traadita laadimine ja 5G-side, leviku tõttu peavad jõutransistorid omama kõrgemat lülitussagedust. Uued materjalid ja disainilahendused juhivad jõutransistoride väljatöötamist kõrgsageduslikes rakendustes.

Miniaturiseerimine
Elektroonikaseadmete arendamisel õhukeste, kergete ja kompaktsete mõõtmete suunas arenevad jõutransistorid ka väiksemate suuruste ja suurema võimsustihedusega, et rahuldada kaasaskantavate ja miniatuursete seadmete vajadusi.

 

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