Работа MOSFET в ключевом режиме. Модуль 140C07.- Elektrolife

Эта статья поможет разобраться в свойствах полевых  транзисторов с изолированным затвором — MOSFET при работе в ключевом режиме. Разберем подробно процесс включения и выключения, возможные потери при работе транзистора.  Поближе посмотрим на MOSFET модуль 140C07, изучим его схему и возможности.

Сегодня на основе полевых транзисторов с изолированным затвором (MOSFET — Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) построено большинство схем электроники, входят в состав большого круга различных изделий от микропроцессоров до силовых модулей. Несмотря на то, что технология появилась еще до биполярных транзисторов, на практике их начали использоваться только в 70-х годах.

В цифровых и силовых устройствах использование полевых транзисторов более популярно, и это понятно. Во-первых, полевыми транзисторами легко управлять — их управляющий электрод изолирован от области тока нагрузки, и для поддержания его в открытом состоянии энергии не требуется вообще.

Когда полевой транзистор открывается, его управляющий ток практически равен нулю. Заряд, необходимый для переключения, значительно снижен и, соответственно, снижено время его переноса. Это в огромной степени снижает проблемы с излишним падением напряжения на приборе в режиме ожидания — и резко уменьшает время выключения транзистора. Использование полевых транзисторов оказывается значительно более энергоэффективным.

Важным свойством полевого транзистора для силовой электроники — является то, что канал полевого транзистора ведет себя как резистор, то есть падение напряжения между стоком и истоком изменяется линейно от протекающего через канал тока. Это линейное соотношение характеризуется сопротивлением канала в открытом состоянии RDS(on) (обычно указывается в даташите).

Это сопротивление является константой при заданном напряжении сток/исток и температуре кристалла. В отличии от биполярного транзистора, где сопротивление с ростом температуры падает, сопротивление открытого канала полевого транзистора имеет положительный температурный коэффициент.

С ростом температуры ток уменьшается. Сопротивление изменяется до 1% на градус по Цельсию. Другими словами, при параллельном включении силовых ключей ток, проходящий через каждый ключ, автоматически выравнивается. Транзистор, ток через который больше, нагревается больше, а поскольку напряжение на всех ключах одинаковое, то это приводит к уменьшению тока через его канал. В результате достигается равновесие, когда ток через все параллельно включенные транзисторы становится одинаковым.

Работа в ключевом режиме

В ключевом режиме работы полевого транзистора основной целью является его переключение между состояниями с наибольшим и наименьшим сопротивлением за минимально возможное время. Как и

биполярные транзисторы, MOSFET содержат в себе три паразитные емкости, включенные между выводами прибора. Возможности быстрого переключения полевого транзистора зависят от того, как быстро эти емкости могут перезаряжаться.

В устройствах с высокими скоростями переключения наиболее важными параметрами полевого транзистора являются характеристики этих паразитных конденсаторов.

В документации на транзистор, т.е. в даташите обычно значение этих емкостей не указываются. Зато указывают другие:

Input Capacitance – Ciss (Входная емкость)

Output Capacitance – Coss (Выходная емкость)

Reverse Transfer Capacitance – Crss (Емкость обратной передачи)

Из них можно получить:

Сзс = Crss

Сзи = Ciss – Crss

Сис = Coss – Crss

Немаловажным параметром также является внутреннее сопротивление вывода затвора Rзвн. Это паразитное сопротивление включено последовательно с входным сигналом и находится внутри корпуса, и при высоких скоростях переключения имеет влияние, поскольку расположено оно между внешним драйвером и входной емкостью транзистора и, следовательно, прямо влияет на скорость переключения. К сожалению, не указывается в документации на транзисторы.

 Еще одним важным параметром является порог открывания транзистора Vth (Gate Threshold Voltage). Его значения даются для тока исток/сток 250 мкА при температуре 25 градусов по Цельсию.

Поскольку силовые полевые транзисторы обычно работают при повышенных температурах, при разработке схем управления необходимо учитывать наименьшее значение Vth для гарантированного выключения транзистора и его способности оставаться в этом состоянии при резких изменениях напряжения.

Включение

Давайте рассмотрим, как происходит включение транзистора. Весь процесс состоит из четырёх этапов.

 На первом заряжается входная емкость транзистора от 0В до Vth. В течении этого времени большая часть затворного тока идет на заряд конденсатора Cзи, и небольшой ток течет через конденсатор Cзс (напряжение на затворе увеличивается и напряжение на Cзс слегка уменьшается). На этом этапе происходит задержка включения (turn-on delay), поскольку не изменяется ни ток исток/сток через транзистор, ни напряжение на нем. Как только напряжение на затворе достигает порогового уровня Vth, транзистор начинает проводить ток.

На втором этапе входное напряжение возрастает от Vth до уровня напряжения вызванного эффектом Миллера Vmiller.

Это напряжение можно рассчитать по формуле:

Vmiller = Vth + Id/gfs,

где gfs – крутизна, Id – максимальный ток через полевой транзистор в линейном режиме. Эти параметры обычно можно найти в даташите. Второй этап – это линейный режим работы транзистора — выходной ток прямо пропорционален входному напряжению. На стороне затвора, как и на первом этапе, ток течет через Cзи и Cзс. Через транзистор начинает протекать ток, но напряжение на стоке остается фактически  неизменным. Транзистор еще не способен пропустить ток, достаточный для снижения напряжения, напряжение на стоке зафиксировано на уровне входного напряжения.

Третий этап начинается, когда напряжение на затворе достигает величины Vmiller, достаточной для начала прохождения тока через транзистор. Напряжение на стоке начинает падать, напряжение на затворе остается постоянным. Весь ток, на который способен драйвер, идет на перезаряд емкости Cзс для обеспечения максимально быстрого изменения напряжения сток-исток.

Ток через транзистор теперь остается постоянным и ограничен величиной Id.

Последний этап процесса включения полевого транзистора — максимальное уменьшение сопротивления канала из-за дальнейшего увеличения напряжения на затворе. Напряжение на затворе увеличивается от Vmiller до своего максимального значения Vдрайв, и весь входной ток идет на дальнейший заряд Cзи и перезаряд Cзс. Выходной ток при этом остается неизменным, а напряжение сток-исток еще немного уменьшается, поскольку уменьшается сопротивление канала.

Выключение

Выключение полевого транзистора – это те же четыре этапа только наоборот. Перед выключением транзистор пропускает через себя весь ток нагрузки и напряжение на нем определяется падением от тока нагрузки на сопротивлении открытого канала RDS(on)

Первый этап, известный как задержка выключения (Turn-Off Delay Time), характеризуется разрядом входной емкости транзистора Ciss с начального уровня до уровня напряжения Vmiller.

Ток драйвера протекает через паразитные емкости Cзи и Cзс. Ток через транзистор остается неизменным, а напряжение сток-исток слегка увеличивается (увеличивается сопротивление открытого канала).

На втором этапе напряжение сток-исток транзистора увеличивается до максимального значения, т.е. до уровня напряжения на нагрузке, включенной через ключ полевого транзистора.  Весь ток драйвера идет на перезаряд конденсатора Cзс, поскольку напряжение на затворе остается постоянным, а напряжение на стоке возрастает.

Третий этап. Напряжение на затворе падает от Vmiller до Vth, и основной ток драйвера идет на разряд емкости Cзи, поскольку Cзс практически полностью перезарядился в течении предыдущего этапа. Транзистор находится в линейном режиме, и уменьшение напряжения на затворе приводит к уменьшению тока исток/сток, который падает практически до нуля в конце этого периода. Напряжение на стоке транзистора остается неизменным.

На последнем четвертом этапе напряжение и ток через транзистор неизменны.

Входная емкость транзистора (в основном образованная конденсатором Cзи) продолжает разряжаться до нуля.

Потери

Силовой ключ рассеивает значительную мощность в короткие периоды переключения, а именно когда транзистор находится в линейном режиме, как при включении, так и при выключении. Для уменьшения потерь необходимо сокращать время переключения. Линейный режим работы транзистора ограничен 2 и 3 этапами. Здесь наиболее важен выходной (как втекающий, так и вытекающий) ток при выходном напряжении в районе Vmiller.  Именно при этом значении выходного напряжения мы должны обеспечить максимальный выходной ток для минимизации времени нахождения устройства в линейном режиме и минимизации потерь.

Несмотря на то, что мы знаем какие процессы протекают при переключении, все же очень сложно рассчитать все потери при переключении. Все дело в том, что внутри полевого транзистора кроются не только паразитные емкости, но и индуктивности. Они значительно меняют формы токов и напряжений.

В цепи затвора паразитная индуктивность проявляется следующим образом.

В начале процесса переключения полевого транзистора ток затвора нарастает с очень высокой скоростью, но наличие на пути этого тока паразитной индуктивности замедляет этот процесс. Соответственно, увеличивается и время, необходимое для перезаряда входной емкости, т.е. увеличиваются задержки на включение/выключение транзистора. Контур, показанный на рисунке ниже, возбуждается крутым фронтом управляющего сигнала, и именно это является причиной возникновения высокочастотного дребезга, иногда наблюдающегося в схемах.

 Действие контура, образованного Ls и Ciss, может быть погашено небольшими сопротивлениями в цепи затвора — выходным сопротивление драйвера и резисторами в цепи затвора — внешним и внутренним (Rз и Rзвн).  (Значение Ls указано в даташите).

Использование слишком маленького резистора Rз приведет к наличию выброса на фронтах управляющего сигнала, но скорость переключения транзистора будет высокой.

Если резистор будет слишком большой, выброса не будет, но скорость переключения упадет без всякого улучшения качества работы схемы управления.

Можно попробовать рассчитать оптимальное значение резистора затвора:

Rз = 2*√ Ls/Ciss – (Rдрайв + Rзвн)

(Во многих расчетах фигурирует сопротивление внутреннего затворного резистора, но оно никогда не специфицируется в документации. Это сопротивление зависит от материала подводящего вывода и конструкции корпуса.)

Паразитная индуктивность проявляется также при быстром изменении тока затвора. Этот эффект проявляется на втором этапе при включении транзистора и на третьем этапе при его выключении. В течении этих периодов напряжение на затворе находится в диапазоне между Vth и Vmiller, а ток затвора определяется напряжения на полном сопротивлении затвора, Vдрайв-Vзи. Резко изменяющийся ток протекает через индуктивность цепи затвора, генерируя на ней напряжение. Это напряжение вычитается из напряжения на затворе, уменьшая ток затвора и, соответственно, скорость переключения транзистора.

Скорость изменения тока через транзистор уменьшается.

Паразитная индуктивность цепи стока — тоже образуется из нескольких компонентов.

Сюда входит внутренняя индуктивность вывода стока и индуктивность внешних элементов — подводящих проводников и индуктивность нагрузки. Все они могут рассматриваться совместно, поскольку включены последовательно. При открывании транзистора они ограничивают скорость нарастания тока и понижают напряжение на ключе на Ld·di/dt.

Фактически, паразитная индуктивность стока значительно понижает динамические потери при включении транзистора. Высокое значение Ld благоприятно при включении транзистора, при его выключении приводит к большим проблемам. Быстро спадающий ток генерирует на этой индуктивности скачки напряжения, которые, приводят к выбросу напряжения на стоке и существенно увеличивают динамические потери в ключе. (Значение Ld также указывается в даташите).

Несколько слов о резисторе между затвором и истоком. Есть ситуации, когда мы должны защищать полевой транзистор от триггерного включения при высоких скоростях изменения напряжения на нем. В этом случае обычно бывает достаточно включить резистор между истоком и затвором. Этот резистор может быть рассчитан для худшего случая по следующей формуле:

Итак Rзи ˂ Vth/Crss *(dV/dt)вкл

Нельзя ставить слишком большое сопротивление Rзи, потому как мощность наводок (в т.ч. и через электрические поля, и через магнитные поля) может стать сопоставимой с подводимой управляющей мощностью. И это может стать причиной самопроизвольного включения.

Характеристики от производителя

Напряжение управления: 3,3 В, 5 В

Выходное напряжение нагрузки: 0-24 В
Ток выходной нагрузки: <5A (Если больше нужно добавить теплоотвод)

В основе модуля находится n-канальный MOSFET IRF520. Согласно техническому описанию, это мощный полевой транзистор с изолированным затвором, обеспечивающий быстрое переключение, имеющий прочную конструкцию, низкое сопротивление и экономическую эффективность.

Рассеиваемая мощность примерно до 50 Вт.

Напряжение исток-сток ограничено 100 вольтами.

Максимальное напряжение Vз = 20 В

Сила тока Id при температуре 25 градусов по Цельсию и напряжении на затворе 10 вольт – 9.2 А

Значения паразитных емкостей при Vз= 0 вольт, Vси=25 вольт:

Ciss = 360 pF
Coss = 150 pF
Crss = 34 pF

MOSFET IRF520

Значение паразитных индуктивностей:

LS = 7.5 nH
LD = 4.5 nH

Напряжение Vth при Vис = Vзи, ID = 250 μA минимум 2 вольта, максимум – 4.

Крутизна gfs (при Vис = 50 V, ID = 5.5 A) = 2,7 S

На рисунке ниже показана схема соединения элементов модуля. Для удобства монтажа модуль содержит коннекторы под отвертку для присоединения нагрузки и источника питания нагрузки. Для подачи управляющего сигнала используется трехштыревой коннектор, средняя ножка VSS которого не используется.

Сигнал управления подается на выводы SIGN и GND. Для визуального контроля присутствия напряжения на затворе включен через ограничительный резистор красный SMD-светодиод. Также в цепь затвор/исток включен резистор на 1 кОм.

Он защитит транзистор от резкого нарастания напряжения на нем, а также уменьшит напряжения затвора до нуля, при отключении входного сигнала. Ну, и к тому же не даст транзистору самопроизвольно открыться при присутствии электромагнитных наводок. Правда, наличие этого резистора накладывает некоторые ограничения на величину сопротивления Rдрайв_on + Rз, особенно при подаче управляющего сигнала амплитудой 3,3 вольта.  Сопротивление Rдрайв_on + Rз совместно с Rзи образуют

делитель напряжения, который может существенно уменьшить напряжение управляющего сигнала.  В этом случае Rз лучше не использовать. А при амплитуде сигнала управления 5 вольт использовать рекомендуемые параметры указанные в даташите. (Rз = 18 Ом при максимальном токе нагрузки).   Иначе транзистор не будет открываться до конца, а это лишние потери, перегрев и, как следствие, возможный выход из строя. 

Зная пороговое значение Vth можно попытаться вычислить значение напряжения на затворе Vmiller, т.е. напряжение при котором ток стока перестает нарастать. Напоминаю Vmiller = Vth + Id/gfs. Отношение  Id/gfs будет равно 5,5/2,7=2,03. Если взять минимальное пороговое значение Vth=2 вольта, то  Vmiller будет равно 4,03 вольта. Отсюда следует сделать вывод, что управляющее напряжение должно быть более 4 вольт для исключения работы транзистора в линейном режиме. Особенно это важно при больших токах нагрузки и больших частотах переключения. Заверенное продавцом управляющее напряжение 3,3 вольта не откроет транзистор полностью и не рекомендуется.  

Заменой транзистору IRF520 может служить транзистор IRF1404, который имеет схожие значения Vth, но при этом гораздо более низкое сопротивление открытого канала, а именно 0.004Ω (у IRF520 — 0.27Ω). Для управления малыми токами подойдет 2n7000.

Коммутируемые токи до 350 мА, сопротивление открытого канала 5-6 Ом. Зато Vth минимальное — 0,8 вольта, максимальное — 3 вольта, т.е. для управления вполне подойдет напряжение 3,3 вольта.

Ниже приведены измеренные зависимости тока стока от амплитуды управляющего сигнала на затворе вышеперечисленных транзисторов. Температура 25 градусов по Цельсию. Нагрузкой выступили три светодиода с общим максимальным током 60 мА. Напряжение исток/сток 12 вольт. Ну, и разумеется, необходимо учитывать погрешности мультиметра.

IRF520
Vз, В	Ток, Id
1.1	0
1.2	0
1.3	0
1.4	3 мкА
1.5	7 мкА
1.6	35 мкА
1.7	108 мкА
1.8	276 мкА
1.9	640 мкА
2	2,3 мА
2.1	6,1 мА
2. 2	15 мА
2.3	47 мА
2.4	55 мА
2.5	более 60 мА

IRF1404
Vз, В	Ток, Id
1.1	1 мкА
1.2	24 мкА
1.3	84 мкА
1.4	0,8 мА
1.5	1,9 мА
1.6	7,4 мА
1.7	17 мА
1.8	20,1 мА
1.9	40,1 мА
2	54 мА
2.1	более 60 мА

2n7000
Vз, В	Ток, Id
1	0
1.1	1 мкА
1.2	16 мкА
1.3	35 мкА
1.4	95 мкА
1.5	378 мкА
1. 6	900 мкА
1.7	1,3 мА
1.8	2,2 мА
1.9	4 мА
2	5,5 мА
2.1	9 мА
2.2	11,6 мА
2.3	15,4 мА
2.4	21,2 мА
2.5	31,1 мА
2.6	38,8 мА
2.7	50 мА
2.8	более 60 мА

Ссылки на основные компоненты:

MOSFET-модуль 140C07

Транзистор IRF1404

Транзистор 2N7000

Транзистор IRF520 и др.

Полевой резистор в влючевом режиме. Ключ на биполярном транзисторе. Нагрузочная прямая.

Что такое электронный ключ?

Ключ – это, если упростить, обыкновенный выключатель. С его помощью замыкается и размыкается электрическая цепь. У биполярного транзистора имеется три вывода:

1. Коллектор.
2. Эмиттер.
3. База.

На биполярных полупроводниках строятся электронные ключи – конструкция простая, не требует наличия большого количества элементов. При помощи переключателя осуществляется замыкание и размыкание участка цепи. Происходит это с помощью сигнала управления (который вырабатывает микроконтроллер), подаваемого на базу транзистора.

Расчет ключа на биполярном транзисторе.

Добавим в схему полезную нагрузку в виде светодиода. Резистор R_к при этом остается на месте, он будет ограничивать ток через нагрузку и обеспечивать необходимый режим работы:

Пусть для включения светодиода нужно подать на него напряжение 3В (U_д). При этом диод будет потреблять ток равный 50 мА (I_д). Зададим параметры транзистора (в реальных схемах эти значения берутся из документации на используемый транзистор):

• Коэффициент усиления по току h_{21э} = 100…500 (всегда задан именно диапазон, а не конкретное значение)
• Падение напряжения на переходе база-эмиттер, необходимое для открытия этого перехода: U_{бэ} = 0. 6 medspace В.
• Напряжение насыщения: U_{кэ medspace нас} = 0.1 medspace В.

Мы берем конкретные значения для расчетов, но на практике все бывает несколько иначе. Как вы помните, параметры транзисторов зависят от многих факторов, в частности, от режима работы, а также от температуры. А температура окружающей среды, естественно, может меняться. Определить четкие значения из характеристик при этом бывает не так просто, поэтому нужно стараться обеспечить небольшой запас. К примеру, коэффициент усиления по току при расчете лучше принять равным минимальному из значений, приведенных в даташите. Ведь если коэффициент в реальности будет больше, то это не нарушит работоспособности схемы, конечно, при этом КПД будет ниже, но тем не менее схема будет работать. А если взять максимальное значение h_{21э}, то при определенных условиях может оказаться, что реальное значение оказалось меньше, и его уже недостаточно для обеспечения требуемого режима работы транзистора.

Итак, возвращаемся к примеру Входными данными для расчета кроме прочего являются напряжения источников. В данном случае:

• E_{вх} = 3.3medspace В. Я выбрал типичное значение, которое встречается на практике при разработке схем на микроконтроллерах. В этом примере подача и отключение этого напряжения осуществляется переключателем S_1.
• E_{вых} = 9medspace В.

Первым делом нам необходимо рассчитать сопротивление резистора в цепи коллектора. Напряжения и ток выходной цепи во включенном состоянии связаны следующим образом:

U_{кэ medspace нас} + U_{R_к} + U_д = E_{вых}

При этом по закону Ома:

U_{R_к} = I_к R_к

А ток у нас задан, поскольку мы знаем, какой ток потребляет нагрузка (в данном случае диод) во включенном состоянии. Тогда:

U_{R_к} = I_д R_кU_{кэ medspace нас} + I_д R_к + U_д = E_{вых}

Итак, в этой формуле нам известно все, кроме сопротивления, которое и требуется определить:

R_к = frac{E_{вых} medspace — medspace U_д medspace — medspace U_{кэ medspace нас}}{I_д} enspace= frac{9 medspace В medspace — medspace 3 medspace В medspace — medspace 0. 1 medspace В}{0.05 medspace А} medspaceapprox 118 medspace Ом.

Выбираем доступное значение сопротивления из стандартного ряда номиналов и получаем R_{к} = 120medspace Ом. Причем важно выбирать именно бОльшее значение. Связано это с тем, что если мы берем значение чуть больше рассчитанного, то ток через нагрузку будет немного меньше. Это не приведет ни к каким сбоям в работе. Если же взять мЕньшее значение сопротивления, то это приведет к тому, что ток и напряжение на нагрузке будут превышать заданные, что уже хуже

Пересчитаем величину коллекторного тока для выбранного значения сопротивления:

I_к = frac{U_{R_к}}{R_к} medspace = frac{9 medspace В medspace — medspace 3 medspace В medspace — medspace 0.1 medspace В}{120 medspace Ом} medspaceapproxmedspace 49.17 medspace мА

Пришло время определить ток базы, для этого используем минимальное значение коэффициента усиления:

I_б = frac{I_к}{h_{21э}} = frac{49.17 medspace мА}{100} = 491.7 medspace мкА

А падение напряжения на резисторе R_б:

U_{R_б} = E_{вх} medspace — medspace 0. 6 medspace В = 3.3 medspace В medspace — medspace 0.6 medspace В = 2.7 medspace В

Теперь мы можем легко определить величину сопротивления:

R_б = frac{U_{R_б}}{I_б}medspace = frac{2.7 medspace В}{491.7 medspace мкА} approx 5.49 medspace КОм

Опять обращаемся к ряду допустимых номиналов. Но теперь нам нужно выбрать значение, мЕньшее рассчитанного. Если сопротивление резистора будет больше расчетного, то ток базы будет, напротив, меньше. А это может привести к тому, что транзистор откроется не до конца, и во включенном состоянии бОльшая часть напряжения упадет на транзисторе (U_{кэ}), что, конечно, нежелательно.

Поэтому выбираем для резистора базы значение 5.1 КОм. И этот этап расчета был последним! Давайте резюмируем, наши рассчитанные номиналы составили:

• R_{б} = 5.1medspace КОм
• R_{к} = 120medspace Ом

Кстати в схеме ключа на транзисторе обычно добавляют резистор между базой и эмиттером, номиналом, например, 10 КОм. Он нужен для подтяжки базы при отсутствии сигнала на входе. В нашем примере, когда S1 разомкнут, то вход просто висит в воздухе. И под воздействием наводок транзистор будет хаотично открываться и закрываться. Поэтому и добавляется резистор подтяжки, чтобы при отсутствии входного сигнала потенциал базы был равен потенциалу эмиттеру. В этом случае транзистор будет гарантированно закрыт.

Сегодня мы прошлись по классической схеме, которой я стараюсь придерживаться, то есть — от теории к практике Надеюсь, что материал будет полезен, а если возникнут какие-либо вопросы, пишите в комментарии, я буду рад помочь!

Как работает транзисторный ключ

В данной статье мы рассмотрим, как работает транзисторный ключ на биполярном транзисторе. Такие полупроводниковые элементы производятся двух типов – n-p-n и p-n-p структуры, которые различаются типом применяемого полупроводника (в p-полупроводнике преобладают положительные заряды – «дырки»; в n-полупроводнике – отрицательные заряды – электроны).

Выводы БТ называются база, коллектор и эмиттер, которые имеет графическое обозначение на чертежах электрических схем, как показано на рисунке.

С целью понимания принципа работы и отдельных процессов, протекающих в биполярных транзисторах, их изображают в виде двух последовательно и встречно соединенных диодов.

Наиболее распространенная схема БТ, работающего в ключевом режиме, приведена ниже.

Чтобы открыть транзисторный ключ нужно подвести потенциалы определенного знака к обеим pn-переходам. Переход коллектор-база должен быть смещен в обратном направлении, а переход база-эмиттер – в прямом. Для этого электроды источника питания UКЭ подсоединяют к выводам базы и коллектора через нагрузочный резистор RК. Обратите внимание, положительный потенциал UКЭ посредством RК подается на коллектор, а отрицательный потенциал – на эмиттер. Для полупроводника p-n-p структуры полярность подключения источника питания UКЭ изменяется на противоположную.

Резистор в цепи коллектора RК служит нагрузкой, которая одновременно защищает биполярный транзистор от короткого замыкания.

Команда на открытие БТ подается управляющим напряжением UБЭ, которое подается на выводы базы и эмиттера через токоограничивающий резистор RБ. Величина UБЭ должна быть не меньше 0,6 В, иначе эмиттерный переход полностью не откроется, что вызовет дополнительные потери энергии в полупроводниковом элементе.

Чтобы не спутать полярность подключения напряжения питания UКЭ и управляющего сигнала UБЭ БТ разной полупроводниковой структуры, обратите внимание на направление эмиттерной стрелки. Стрелка обращена в сторону протекания электрического тока. Ориентируясь на направление стрелки достаточно просто расположить правильным образом источники напряжения.

Электромагнитное реле

Реле – это электромагнит, которым производится управление группой контактов. Можно провести аналогию с обычным кнопочным выключателем. Только в случае с реле усилие берется не от руки, а от магнитного поля, которое находится вокруг катушки возбуждения. Контактами можно коммутировать очень большую нагрузку – все зависит от типа электромагнитного реле. Очень большое распространение эти устройства получили в автомобильной технике – с их помощью производится включение всех мощных потребителей электроэнергии.

Это позволяет разделить все электрооборудование автомобиля на силовую часть и управляющую. Ток потребления у обмотки возбуждения реле очень маленький. А силовые контакты имеют напыление из драгоценных или полудрагоценных металлов, что исключает вероятность появления дуги. Схемы транзисторных ключей на 12 вольт можно применять вместо реле. При этом улучшается функциональность устройства – включение бесшумное, контакты не щелкают.

Упрощенный расчет транзистора для работы в ключевом режиме на резистивную нагрузку.

Ключевой режим работы характеризуется тем, что транзистор
находится в одном из двух состояний: в полностью открытом (режим насыщения), или
полностью закрытом (состояние отсечки).

Рассмотрим пример, где в
качестве нагрузки выступает контактор типа КНЕ030 на напряжение 27В с катушкой
сопротивлением 150 Ом. Индуктивным характером катушки в данном примере
пренебрежем, считая, что реле будет включено раз и надолго.

Рассчитываем ток коллектора:

Ik=(Ucc-Uкэнас)/Rн    ,
где

Ik –ток коллектора

Ucc-
напряжение питания (27В)

Uкэнас-
напряжение насыщения биполярного транзистора (типично от 0. 2 до 0.8В, хотя и
может прилично различаться для разных транзисторов), в нашем случае примем 0.4В

Rн-
сопротивление нагрузки (150 Ом)

Итак,

Ik= (27-0.4)/150 =
0.18A = 180мА

На практике из соображений
надежности элементы всегда необходимо выбирать с запасом. Возьмем коэффициент
1.5

Таким образом, нужен транзистор
с допустимым током коллектора не менее 1.5*0.18=0.27А и максимальным напряжением
коллектор-эмиттер не менее 1.5*27=40В.

Открываем
справочник по биполярным транзисторам .По заданным параметрам подходит
КТ815А (Ikмакс=1.5А
Uкэ=40В)

Следующим этапом рассчитываем ток базы, который нужно создать, чтобы
обеспечить ток коллектора 0.18А.

Как известно, ток коллектора связан с током базы соотношением

Ik=Iб*h31э,

где
h31э – статический
коэффициент передачи тока.

При отсутствии дополнительных данных
можно взять табличное гарантированное минимальное значение для КТ815А (40). Но
для КТ815 есть график зависимости
h31э от тока
эмиттера. В нашем случае ток эмиттера 180мА, этому значению соответствует
h31э=60. Разница
невелика, но для чистоты эксперимента возьмем графические данные.

Итак,

Iб=180/60=3мА

Для
расчета базового резистора R1
смотрим второй график, где приведена зависимость напряжения насыщения
база-эмиттер (Uбэнас)
от тока коллектора. При токе коллектора 180мА напряжение насыщения базы будет
0.78В (При отсутствии такого графика можно использовать допущение, что ВАХ
перехода база-эмиттер подобна ВАХ диода и в диапазоне рабочих токов напряжение
база-эмиттер находится в пределах 0.6-0.8 В)

Следовательно, сопротивление резистора
R1 должно быть равно:

R1=(Uвх-Uбэнас)/Iб
= (5-0.78)/0.003 = 1407 Ом = 1.407 кОм.

Из
стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в меньшую сторону (1.3 кОм)

Если к
базе подключен шунтирующий резистор (вводится для более быстрого выключения
транзистора или для повышения помехоустойчивости) нужно учитывать, что часть входного тока уйдет в этот резистор, и
тогда формула примет вид:

R1= (Uвх-Uбэнас)/(Iб+IR2)
= (Uвх-Uбэнас)/(Iб+

Uбэнас/R2)

Так, если
R2=1 кОм, то

R1=
(5-0. 78)/(0.003+0.78/1000) = 1116 Ом = 1.1 кОм

Рассчитываем потери мощности на транзисторе:

P=Ik*Uкэнас

Uкэнас берем из
графика: при 180мА оно составляет 0.07В

P= 0.07*0.18=
0.013 Вт

Мощность
смешная, радиатора не потребуется.

Пример работы транзистора в режиме ключа

Коэффициент усиления – это одна из основных характеристик транзистора. Именно этот параметр показывает, во сколько раз ток, протекающий по каналу «эмиттер — коллектор», выше базового. Допустим, коэффициент равен 100 (обозначается этот параметр h31Э). Значит, если в цепь управления подается ток 1 мА (ток базы), то на переходе «коллектор — эмиттер» он будет 100 мА. Следовательно, произошло усиление входящего тока (сигнала).

При работе транзистор нагревается, поэтому он нуждается в пассивном или активном охлаждении – радиаторах и кулерах. Но нагрев происходит только в том случае, когда проход «коллектор — эмиттер» открывается не полностью. В этом случае большая мощность рассеивается – ее нужно куда-то девать, приходится «жертвовать» КПД и выпускать ее в виде тепла. Нагрев будет минимальным только в тех случаях, когда транзистор закрыт или открыт полностью.

Параметры и максимальные эксплуатационные условия транзистора

Проверим теперь напоследок, подойдет ли нам выбранный транзистор.

Максимальное напряжение коллектор — эмиттер должно быть выше коммутируемого напряжения, а для случая коммутирования индуктивной нагрузки, выше коммутируемого напряжения с учетом бросков напряжения при выбранной схеме демпфирования.

Максимальный ток базы должен быть выше, чем наш расчетный управляющий ток.

Максимальный ток коллектора должен быть выше, чем коммутируемый ток.

Допустимая пиковая рассеиваемая мощность должна быть выше, чем пиковая рассеиваемая мощность в момент коммутации. Дело в том, что даже при условии невысокой средней рассеиваемой мощности, большая тепловая энергия, выделяющаяся за очень короткое время при переключении, может погубить биполярный транзистор.

Допустимая средняя рассеиваемая мощность должна быть выше, чем суммарная средняя мощность, рассеиваемая ключом.

Частота, рекомендованная для транзистора, должна быть выше, частота переключений в схеме.

Система охлаждения транзистора (радиатор или другая система отвода тепла) должны быть в состоянии рассеять выделяемую мощность.

Для использования в качестве ключей лучше подбирать транзисторы с минимальными напряжением насыщения коллектор — эмиттер, база — эмиттер, это снизит потери мощности в открытом состоянии, минимальными временами включения и выключения (рассасывания), это снизит потери мощности при переключении, максимальным коэффициентом передачи тока, это снизит потери на управление.

Как устроен полевой транзистор: 6 типов — краткие сведения

Разобраться с конкретным полевиком и понять его структуру нам поможет классификация, приведенная на картинке ниже, где структурированы их виды.

JFET и MOSFET имеют разную структуру. У JFET затвор (Gate) непосредственно встроен в поперечное сечение канала, работает как управляющий p-n переход.

У мосфета:

1. имеется дополнительный четвертый вывод, соединенный внутренней связью с корпусом. При подключении к внешним цепям им не пользуются;
2. зона вывода затвора отделена слоем диоксида кремния (диэлектрика) от полупроводника канала. Он работает как пластина конденсатора с емкостной связью. За счет этой доработки его и называют «с изолированным затвором» или МДП, МОП транзистор.

МДП обозначает металл-диэлектрик-полупроводник, а МОП — металл-оксид-полупроводник. Разница между ними для начинающего электрика не существенна, практически отсутствует.

На схемах мосфет и джифет обозначаются разными способами. MOSFET чертится с:

1. четвертым выводом, который никуда не подключается;
2. затвором, отделенным от основного канала.

Мосфеты производятся с разными подложками (каналами), которые могут быть обедненными или обогащенными основными носителями заряда.

Более подробно разрисовывать и описывать отличия каждого типа этих полупроводников для начинающего электрика я не буду: нет большого смысла.

Ниже просто привожу типовые графики их работы. Они дадут общее представление о поведении, а конкретные данные вам надо будет брать из даташита — технической документации.

Сила протекающего тока через сток зависит от приложенного напряжения между затвором и истоком, а также от окружающей температуры.

Выходные стоковые характеристики тока зависят от величины приложенного напряжения между стоком-истоком и затвором-истоком.

Так работает МДП-транзистор с встроенным каналом. Крутизна тока увеличивается при возрастании напряжения Uси, Uзи.

А здесь характеристики транзисторов с индуцированным каналом.

Перед любой проверкой каждого транзистора необходимо уточнять его технические возможности по заводской документации.

Такие графические изображения и зависимости процессов электротехники, благодаря наглядности, обладают лучшей информативностью.

6 особенностей работы электронных устройств с MOSFET

В последнее время у нас все чаще работают полевики типа мосфет с каналом любой проводимости.

Вкратце проанализируем подобную схему и ее свойства.

Нюанс №1: в какое плечо включать нагрузку

При полностью открытом полупроводниковом переходе между стоком и истоком создается очень маленькое сопротивление в десятки или сотни миллиОм (Rоткр), что образует низкое падение напряжения н

а этом участке (Iн·Rоткр), где Iн — величина тока нагрузки.

Потенциала напряжения, подаваемого на затвор, может не хватить для полного открытия полупроводника. Поэтому нагрузку включают выше со стороны стока в полевике n- типа, а истока — у p- типа при питании схемы от одного источника.

Если же в устройстве используются дополнительные источники напряжения, то это требование соблюдать не обязательно.

Нюанс №2: хитрости подключения полевика к микроконтроллерам

Для надежной работы MOSFET необходимо между его затвором и истоком (gate-source) подать пороговое значение напряжения, которое указывается в даташите. Обычно оно составляет около 10 вольт. Все же цифровые устройства работают до пяти: их питания недостаточно, потребуется добавить уровень.

Решить проблему можно одним из трех способов:

1. ключом с биполярными транзисторами подается необходимое питание на затвор;
2. подключить специальный драйвер (микросхему) для формирования управляющего сигнала. Они созданы как для верхнего, так и нижнего плеча с учетом нагрузки. Причем в драйвере верхнего плеча часто применяется схема увеличения выходного напряжения;
3. использовать специализированный полевик низкого уровня открытия (logic level). Однако приобрести его бывает проблематично.

Нюанс №3: как избежать влияния электрических помех

Появление любого потенциала помехи на выводе транзистора часто приводит к его несанкционированным переключениям и нарушению алгоритмов работы электроники.

Поэтому затвор всегда «притягивают» к питанию либо земле через определенное сопротивление даже при подключении через микроконтроллер. Его нельзя оставлять в свободном состоянии, доступном для проникновения посторонних помех.

Нюанс №4: борьба с броском тока при включении

Естественное наличие емкости на выводе gate приводит к «броску тока» при каждом открытии транзистора. Это чревато выводом из строя полупроводникового перехода.

Проблема решается введением в цепочку затвора резистора достаточного номинала. Однако подбирать его величину необходимо с учетом увеличения времени открытия ключа.

Нюанс №5: предохранение от броска тока при отключении индуктивных нагрузок

Защитный быстродействующий TVS-диод, параллельно включенный между истоком и стоком, надежно шунтирует импульсы, создаваемые отключением индуктивных нагрузок.

При работе на высоких частотах мостовых или полумостовых схем импульсных блоков питания либо индукционных нагревателей варочных панелей на вывод стока встречно подключают диод Шоттки, блокирующий паразитный диод, ибо он увеличивает время закрытия, что чревато повреждением полупроводника.

Нюанс №6: дополнительная защита MOSFET

Безопасная работа скоростного высокочастотного ключа в режиме переключения мощных индуктивнных нагрузок обеспечивается его подключением к снабберным цепям. Они:

1. замыкают на себя апериодические токи, создаваемые переходными процессами;
2. снижают нагрев полупроводников;
3. защищают полевик от несанкционированного открывания во время быстрого возрастания напряжения между стоком и истоком.

Как проверить полевой транзистор мультиметром и специальным тестером

Автор С Косенко из Воронежа в журнале Радио №1 за 2005 год показал свою разработку прибора проверки полевых транзисторов. Его имя: ППТ-01. Он объяснил принципы его работы, сборки, наладки, эксплуатации доступным языком.

Новичкам это все должно быть интересно, советую читать такие журналы и больше экспериментировать. Вам нужен практический опыт.

Сейчас подобные приборы выпускаются промышленным способом. Они позволяют проверять транзисторы, тиристоры, симисторы и другие электронные компоненты, точно узнать каждый параметр.

Доступная цена и широкие возможности этих тестеров обеспечивают их популярность. Ведь вся проверка сводится к установке выводов полупроводника в контактные гнезда и нажатию кнопки: результат автоматически отображается на дисплее.

Однако все эти операции вполне можно выполнить обычным цифровым мультиметром или аналоговым стрелочным тестером. Для этого нам потребуется посмотреть заводскую маркировку и найти по ней технические характеристики, определиться с конструкцией (JFET или MOSFET) и проводимостью канала.

Затем нужно вспомнить устройство своего мультиметра или тестера, перевести его в режим прозвонки либо измерения сопротивлений (для аналоговых приборов).

На моем карманном MESTEK MT-102 плюс присутствует на красном щупе, а минус — на черном. У вас скорее всего аналогично, но проверьте. Знак дисплея 0L (или 1 на других моделях) означает величину сопротивления (∞), которая превышает предназначенный диапазон измерения.

Проверку выполняем двумя этапами, последовательно соблюдая очередь:

1. оцениваем исправность цепи сток-исток или, более точно, встроенного диода;
2. анализируем открытие и закрытие выходной цепи при подаче управляющего сигнала.

Режим проверки №1

Перед началом работы кратковременно зашунтируйте все выводы полевика. Этим действием убирается возможный потенциал на его электродах, который может помешать замеру.

Результаты измерений на табло показываю для исправного мосфета. У поврежденного переходы будут отличаться: пробиты или оборваны.

На картинке показываю два измерения для n-канального транзистора. Схему его собрата с p-каналом привел для образца в правом нижнем углу. Действия для него аналогичны, а результат зависит от проводимости.

При первом замере ставим красный щуп с потенциалом плюса на сток, а черный на исток. Если диод исправен, то показания на приборе будут порядка 400-600. Это величина падения напряжения в милливольтах. Таким способом мультиметр в режиме прозвонки оценивает состояние полупроводникового перехода p-n полярности.

Для второго замера меняем щупы местами. Диод закрыт, его огромное сопротивление показывается как 0L.

Очередность этих замеров можно произвольно изменять.

Проверка мосфета положительной проводимости проводится аналогично, а индикацию на табло вам подскажет направление встроенного диода на рисунке.

Режим проверки №2

Оставляем черный щуп на истоке, а красный переставляем на затвор. Этим действием мы подаем ему положительный потенциал с мультиметра. На табло будет отображаться 0L, но транзистор должен открыться.

Проверяем открытие перестановкой красного щупа на сток. Изменение показаний на табло (единицы или десятки) станет достоверной информацией об его открытии. В этом можно убедиться, поменяв щупы между стоком и истоком. Показания останутся примерно в тех же пределах.

Теперь потребуется закрыть мосфет. Смотрим на замер №3: красный щуп ставим на исток, черный — затвор. Показание 0L.

Логика проверки p-канального типа полевика аналогична. Только надо помнить, что он открывается подачей отрицательного напряжения на затвор относительно истока, то есть «прижимается к земле».

Убедившись в исправности встроенного диода, открытии и закрытии силового перехода сток-исток, можно сделать вывод об исправности МДП транзистора.

Однако описанный метод не во всех случаях может обеспечить достоверные результаты. И дело здесь кроется в конструкции вашего мультиметра. Его выходного напряжения может просто не хватить для подачи отпирающего или запирающего потенциала на затвор.

Поэтому более достоверную проверку выполняют двумя мультиметрами:

• одним контролируют состояние перехода сток-исток;
• вторым управляют потенциалом на затворе.

Естественно, что заменить один из мультиметров можно самодельным источником напряжения, например, двумя батарейками АА (3 вольта) или омметром с предварительно оцененными характеристиками.

Тема эта большая и сложная. Одной статьей сайта проблемно рассмотреть все про полевой транзистор: принципы работы для новичка, дать точный ответ. Поэтому задавайте вопросы в комментариях. Будем приходить к общему мнению.

Источники

• https://www.syl.ru/article/348974/tranzistornyie-klyuchi-shema-printsip-rabotyi-i-osobennosti
• https://microtechnics.ru/klyuch-na-bipolyarnom-tranzistore-nagruzochnaya-pryamaya/
• https://diodov. net/tranzistornyj-klyuch/
• https://vmeste-masterim.ru/vkljuchenie-rele-cherez-tranzistornyj-kljuch.html
• https://elquanta.ru/novoe/tranzistornyj-kluc.html
• https://gyrator.ru/circuitry-bipolar-transistor-switch
• https://ElectrikBlog.ru/kak-rabotayut-polevye-tranzistory-i-kak-proverit-polevoj-tranzistor-multimetrom/

 

 

Как вам статья?

Павел

Бакалавр «210400 Радиотехника» – ТУСУР. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники

Написать

Пишите свои рекомендации и задавайте вопросы

Отчет о рынке металлооксидных полупроводниковых полевых транзисторов в АСЕАН, 2027 г.

Объем рынка металлооксидно-полупроводниковых полевых транзисторов (MOSFET) в АСЕАН в 2019 году составил 235,2 млн долларов США. металл-оксид-полупроводниковые полевые транзисторы, которые негативно повлияли на спрос в регионе в условиях пандемии. Основываясь на нашем анализе, рынок полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник (MOSFET) стран АСЕАН продемонстрирует отрицательный рост на -3,9. % в 2020 г. по сравнению со средним годовым приростом в 2016-2019 гг. Прогнозируется, что рынок вырастет с 226,0 млн долларов США в 2020 году до 377,6 млн долларов США в 2027 году при среднегодовом темпе роста 7,6% в период 2020-2027 годов. Рост CAGR объясняется спросом и ростом этого рынка, который возвращается к допандемическим уровням после окончания пандемии.

МОП-транзистор (полупроводниковый полевой транзистор на основе оксида металла) — это распространенный полупроводниковый компонент, который широко используется для усиления электронных сигналов в цифровых и аналоговых схемах. Аутсорсинг этих услуг по производству транзисторной электроники (EMS) становится одной из ключевых рыночных возможностей для нескольких секторов промышленности, поскольку он позволяет производить оригинальные и высококачественные продукты с низкими затратами, помогая производителям получить конкурентное преимущество, а также улучшить перспективы роста рынка.

Подключенные технологии, такие как Интернет вещей (IoT) и беспроводная связь, считаются наиболее важными приложениями для сектора силовой электроники и имеют огромный потенциал для увеличения размера рынка. Эти технологии объединяются в единое устройство или систему с усовершенствованным транзистором. Кроме того, подключенные технологии включают автомобильную электронику и промышленную электронику, поскольку ожидается, что они станут наиболее популярными приложениями на рынке АСЕАН.

COVI D-19 препятствует инвестициям в производственный сектор, создавая нестабильные условия для бизнеса

В настоящее время ударные волны пандемии COVID 19 разрушают экономику по всему миру. Кроме того, ожидается, что темпы роста в странах Азии с формирующимся рынком также сократятся в 2020 году и восстановятся в 2021 году, поскольку ожидается, что производственные предприятия в Азии потерпят серьезный спад. Краткосрочное влияние COVID-19 на рынок связано с внезапными перебоями в производственной деятельности и остановкой систем цепочки поставок.

Такие страны, как Индия, Сингапур, Малайзия, Таиланд и Филиппины, столкнулись с серьезными последствиями пандемии COVID-19. Среди них Вьетнам имел относительно низкое влияние пандемии из-за растущего спроса на компоненты с высокой вычислительной мощностью для мобильных и других вычислительных устройств, что также способствует росту рынка полупроводников в сегменте бытовой электроники. Спрос на бытовую электронику высок из-за наличия дешевой рабочей силы и благоприятных инвестиционных стимулов. Ожидается, что рост ВВП замедлится в 2020 году до 2,5%, но страна продолжит лидировать по этому показателю в АСЕАН-5.

Кроме того, Китай является крупнейшим торговым и инвестиционным партнером стран АСЕАН, где пандемия привела к спаду торговой деятельности, связанной с сырьем и другим производственным оборудованием, усугубляемой падением ВВП стран АСЕАН. Чтобы преодолеть эти проблемы, Малайзия развернула пакет фискальных стимулов в размере около 17% от своего ВВП для поддержки малого бизнеса и жителей, которые сильно пострадали от COVID-19. Точно так же Сингапур ввел пакет стимулов в размере 11% от своего ВВП для наращивания существующих схем поддержки занятости и поддержки домохозяйств, предлагая денежные выплаты в зависимости от их дохода.

Однако, несмотря на то, что в период пандемии на рынке ожидается спад, ожидается, что к концу 2020 года он восстановится. Это в основном связано с активным участием производителей и правительств в возмещении убытков, понесенных во время пандемии и работает над различными стратегиями по омоложению экономики.

ПОСЛЕДНЯЯ ТЕНДЕНЦИЯ

Запросите бесплатный образец , чтобы узнать больше об этом отчете.

Внедрение ACES в автомобильном секторе является развивающейся рыночной тенденцией

Ожидается, что в ближайшее десятилетие автомобильная промышленность столкнется с зарождающейся тенденцией автономных, подключенных, электрических и общих транспортных средств (ACES). Ожидается, что это приведет к разнообразию предпочтений в отношении мобильности и поведению пользователей, инновационным бизнес-моделям, смещению пулов стоимости и появлению новых участников в автомобильной промышленности. Тенденция ACES обусловлена ​​технологическими достижениями в области электронных компонентов и программного обеспечения, которые положительно повлияют на спрос на полевые МОП-транзисторы в автомобильном секторе.

Азиатские страны имеют более высокую долю молодого населения, что поддерживает высокий энтузиазм производителей автомобилей в отношении тенденции ACES. Такие качества, как компактный размер, легкий вес, высокая скорость переключения и бесшумная работа, повышают потребность в МОП-транзисторах при внедрении технологии ACES. Таким образом, несколько производителей автомобилей из стран АСЕАН перенимают тенденцию ACES, тем самым поощряя производство этих транзисторов.

ДВИЖУЩИЙ ФАКТОР

Растущий спрос на компактные и надежные полевые МОП-транзисторы для эффективных автоматизированных решений для стимулирования роста

За последние несколько десятилетий спрос на компактные и эффективные автоматизированные решения стал ключевым фактором, стимулирующим внедрение транзисторов меньшего размера в широкий спектр электронных устройств. Сверхмалый размер и вес полевого МОП-транзистора идеально подходят для приложений, требующих небольшого размера и меньшего пространства на нижней поверхности. Как правило, компактный размер электронных устройств обеспечивает бесшумную работу и высокоскоростное переключение с помощью эффективных автоматизированных решений, что повышает спрос на эти транзисторы во всем регионе АСЕАН. Объединение компактных устройств в единый блок идеально подходит для экономии места, что значительно обеспечивает высокую мощность обработки, превосходную надежность и лучшую производительность, что способствует их внедрению в нескольких отраслях.

ОГРАНИЧИВАЮЩИЙ ФАКТОР

Сбои в тарифах и сдвиг в азиатской торговле, препятствующий росту рынка делиться. Со сменой руководства страны США начали вводить торговые ограничения в отношении Китая с 2018 года, и, если они сохранят эти ограничения, ожидается, что доля страны на рынке сократится примерно на 16%. Кроме того, в 2019 году развивающиеся страны АСЕАН и Индия оставались в упадке., наблюдая колебания торгового баланса и усиление неопределенности в азиатском торговом секторе.

Кроме того, действуют тарифы практически на все промышленные товары и материалы, используемые для производства металлооксидно-полупроводниковых полевых транзисторов. Эти тарифы влияют на импорт и экспорт компонентов, что напрямую повлияет на стоимость производства этих устройств. Кроме того, ожидается, что более мелкие компании понесут минимальные изменения в затратах, связанных с этими тарифными сбоями. С 2019 годаЭкспорт Вьетнама сократился на 10,5%, что привело к снижению стоимости азиатского экспорта на 40% и привело к скромному росту рынка в других странах АСЕАН.

СЕГМЕНТАЦИЯ

Анализ по типам

Сегмент типа истощения будет расти с более высокой среднегодовой скоростью роста

Среди всех типов сегментов прогнозируется экспоненциальный рост сегмента режима истощения в течение прогнозируемого периода. потребность в цепи с очень низким напряжением / током, в которой можно было бы использовать согласованную двойную или счетверенную матрицу интегральных схем от передовых линейных устройств. Транзисторы с истощением требуют напряжения затвор-исток (VGS) для выключения устройства и имеют широкий спектр применений в автомобильной и бытовой электронике.

Предполагается, что сегмент расширенного режима имеет прогрессивный рост, поскольку этот тип эквивалентен «нормально разомкнутому» переключателю и требует напряжения затвор-исток для включения устройства. Транзисторы расширенного режима используются в интегральных схемах для создания логических элементов КМОП-типа и силовых переключающих схем в виде вентилей PMOS (P-канал) и NMOS (N-канал).

По анализу энергопотребления

Высокая мощность для наблюдения за наивысшим среднегодовым темпом роста

Ожидается, что в сегменте высокой мощности будет самый высокий среднегодовой темп роста, поскольку эти устройства обеспечивают высокую эффективность работы двигателей. Ожидается, что в сегменте транзисторов средней мощности будет наблюдаться многообещающий рост рынка из-за растущего спроса на потребительские электронные устройства, такие как мобильные телефоны, ноутбуки, планшеты и т. д. Полевые МОП-транзисторы высокой и средней мощности имеют широкий спектр применений в ИТ-секторе, который обеспечивает бесперебойную работу центров обработки данных, автомобильных устройств и других электронных продуктов.

Ожидается, что сегмент рынка с низкой мощностью будет иметь стабильный рост благодаря постоянному спросу на эти транзисторы в различных секторах промышленности и уменьшению количества применений.

Анализ приложений

Чтобы узнать, как наш отчет может помочь оптимизировать ваш бизнес, обратитесь к аналитику

Автомобильный сектор будет доминировать на рынке Рынок полевых МОП-транзисторов, поддерживаемый растущим спросом на мощные устройства для нескольких автомобильных двигателей и растущим внедрением тенденции автономных, подключенных, электрических и общих (ACES).

Ожидается, что сегмент бытовой электроники продемонстрирует самый высокий CAGR за прогнозируемый период из-за растущей зависимости от Интернета и мобильных устройств.

С внезапным появлением COVID-19 работа на дому стала основной причиной роста числа центров обработки данных и сетевых центров во всем мире. Кроме того, малые и средние организации АСЕАН в ближайшие годы внедряют стратегии работы из дома, что, как ожидается, повысит спрос на МОП-транзисторы в секторах обработки данных, сетей и связи.

Ожидается, что в сегменте энергетики и энергетики будет наблюдаться значительный рост благодаря предстоящим проектам по производству электроэнергии из возобновляемых источников. Сегмент «другие», вероятно, будет свидетелем стагнации роста с ограниченным количеством приложений и спросом на устройства с низким энергопотреблением.

ИНФОРМАЦИЯ О СТРАНАХ

Ожидается, что в прогнозируемый период на рынке АСЕАН будет наблюдаться заметный рост благодаря присутствию ключевых игроков и их инициативам в регионе. Кроме того, страны АСЕАН, такие как Сингапур, Вьетнам, Малайзия и Таиланд, являются основными экономиками, вносящими вклад в доход рынка.

Среди них на долю Сингапура приходится наибольшая доля рынка полевых МОП-транзисторов АСЕАН из-за растущего спроса на высококачественные полевые транзисторы на основе оксида металла и полупроводника в электронной промышленности страны. В дополнение к этому в Сингапуре есть квалифицированная рабочая сила, которая работает над поддержанием прочности дискретных модулей.

Вьетнам станет свидетелем самого высокого среднегодового темпа роста при поддержке растущей отрасли силовой электроники

Ожидается, что во Вьетнаме будет наблюдаться значительный рост среднегодового темпа роста на уровне 8,5% в течение прогнозируемого периода. Это в основном связано с ростом и развитием рынка силовой электроники в стране. Более того, растущий спрос на компактные решения для автоматизации, повышенную надежность и эффективность помог увеличить скорость внедрения MOSFET. Таким образом, ожидается, что рынок Вьетнама будет расти в ближайшие годы.

Чтобы узнать, как наш отчет может помочь оптимизировать ваш бизнес, обратитесь к аналитику

Помимо постоянных проблем, таких как ограниченные ресурсы и неразвитость внутреннего рынка, Сингапур по-прежнему считается одной из стран-первопроходцев в рынка полупроводников в отдельных сегментах. В стране не так много местных поставщиков, а имеющиеся поставщики связаны с иностранными организациями. Это связано с тем, что правительство Сингапура делает упор на балансирование сильных сторон ТНК.

Рынок Сингапура нуждается в оптимизации государственно-частного партнерства для производства полупроводников, и в этом отношении Тайвань лидирует в полупроводниковой промышленности. Сингапур, будучи страной с высокими издержками, снижает производственные затраты и приводит к высокой стоимости ведения бизнеса. Однако в настоящее время страна работает над децентрализацией отрасли и сосредоточена на ускорении роста полупроводниковой промышленности с точки зрения АСЕАН, а поставщики сосредоточены на расширении своих производственных предприятий в других экономически эффективных странах.

КЛЮЧЕВЫЕ ИГРОКИ В ОТРАСЛИ

Infineon, ON Semiconductor, STMicroelectronics и Vishay Intertechnology сосредоточатся на технологических стратегиях и стратегиях приобретения

Ключевые производители полупроводников стремятся модернизировать другие полупроводниковые компоненты с помощью силового сопротивления и совместимости MOSFET. Например, в июне 2020 года Renesas представила HIP2211 и HIP2210, новую пару 100-вольтовых полумостовых драйверов, которые представляют собой обновление нового поколения драйвера моста ISL2111, совместимое по выводам. Некоторые производители постоянно расширяют свои рыночные позиции, ускоряя технологические разработки в качестве своей центральной стратегии.

Приобретение бизнеса является одной из ключевых стратегий, принятых крупными игроками рынка, которые помогают расширить их бизнес и ассортимент продукции. Например, в июне 2019 года Infineon приобрела Cypress Semiconductor Corporation, которая предлагает широкий спектр полупроводниковых компонентов. Точно так же в марте 2020 года Renesas приобрела IDT, поставщика аналоговых продуктов смешанного сигнала.

СПИСОК ОСНОВНЫХ КОМПАНИЙ:

• Infineon Technologies AG (Neubiberg, Germany)


• STMicroelectronics (Geneva, Switzerland)


• ON Semiconductor Corporation (Arizona, United States)


• Vishay Intertechnology, Инк. 0158 Mitsubishi Electric Corporation (Tokyo, Japan‎)


• Texas Instruments Incorporated (Texas, United States)


• Renesas Electronics Corporation (Tokyo, Japan)


• Diodes Incorporated (Техас, США)


• Fuji Electric Co., Ltd. (Токио, Япония)

ОСНОВНЫЕ РАЗРАБОТКИ В ОТРАСЛИ:

• Март 2020 г.: Toshiba добавила 80-вольтовые N-канальные силовые МОП-транзисторы в процессоры U-MOS серии X-H последнего поколения.


• Август 2019 г.: Fuji Electric приобрела Consul Neowatt Power Solutions Pvt. Ltd., индийский производитель оборудования для энергоснабжения, такого как сервостабилизаторы напряжения для систем бесперебойного питания (ИБП), автономные солнечные инверторы, активные фильтры подавления гармоник и многое другое.

ОТЧЕТ ПОКРЫТИЯ

Инфографическое представление рынка металлооксидно-полупроводниковых полевых транзисторов (MOSFET) в странах АСЕАН

Просмотреть полную инфографику

Чтобы получить информацию о различных сегментах, поделитесь с нами своими запросами. типы услуг и основные приложения продукта. Кроме того, отчет предлагает информацию о текущих тенденциях рынка и освещает ключевые события в отрасли. В дополнение к вышеупомянутым факторам, отчет включает в себя несколько факторов, которые способствовали росту рынка за последние годы.

Report Scope & Segmentation

0024

• High Power


• Medium Power


• Low Power

ATTRIBUTE	DETAILS
Study Period	2016 -2027
Базовый год	2019 0024
Forecast Period	2020-2027
Historical Period	2016-2018
Ед. изм.0287 S eg mentation	Type, Power Rate, Application, Country
By Type	Depletion Mode Режим расширения
По мощности
By Application	Networking & Communications Data Processing Энергетика и электроэнергетика Бытовая электроника Автомобильная промышленность Прочее (инверторы, ИБП и т. д.)
By Country	Singapore (By Application) Indonesia (By Application) Vietnam (By Application) Malaysia (По применению) Остальные страны АСЕАН

Полевой транзистор

Полевые транзисторы

Функция полевых транзисторов аналогична биполярным транзисторам (особенно тому типу, который мы обсудим здесь), но есть несколько отличий. Они имеют 3 терминала, как показано ниже. Двумя общими типами полевых транзисторов являются МОП-транзисторы с каналом N и каналом P. Здесь мы будем обсуждать только канал N. На самом деле, в этом разделе мы будем обсуждать только наиболее часто используемый режим расширения N-канальный полевой МОП-транзистор (металлооксид-полупроводниковый полевой транзистор). Его условное обозначение приведено ниже. Стрелки показывают, как НОЖКИ реального транзистора соответствуют условному обозначению.

Current Control:
Терминал управления называется воротами. Помните, что через базовый вывод биполярного транзистора проходит небольшой ток. Затвор полевого транзистора практически не пропускает ток при управлении постоянным током. При управлении затвором высокочастотными импульсами постоянного или переменного тока может протекать небольшой ток. Напряжение «включения» транзистора (также известное как пороговое) варьируется от одного полевого транзистора к другому, но составляет примерно 3,3 вольта по отношению к источнику.

Когда полевые транзисторы используются в секции аудиовыхода усилителя, Vgs (напряжение от затвора к истоку) редко превышает 3,5 вольта. Когда полевые транзисторы используются в импульсных источниках питания, Vgs обычно намного выше (от 10 до 15 вольт). Когда напряжение затвора выше примерно 5 вольт, он становится более эффективным (что означает меньшее падение напряжения на полевом транзисторе и, следовательно, меньшее рассеивание мощности).

МОП-транзисторы широко используются, потому что ими легче управлять в сильноточных приложениях (например, в импульсных источниках питания, используемых в автомобильных аудиоусилителях). Если используется биполярный транзистор, часть тока коллектор/эмиттер должна протекать через базовый переход. В ситуациях с большим током, когда имеется значительный ток коллектора/эмиттера, ток базы может быть значительным. Полевые транзисторы могут управляться очень небольшим током (по сравнению с биполярными транзисторами). Единственный ток, который течет из цепи привода, это ток, который течет из-за емкости.

Как вы уже знаете, при подаче постоянного тока на конденсатор сначала возникает скачок, а затем ток прекращается. Когда затвор полевого транзистора управляется высокочастотным сигналом, схема возбуждения по существу видит только конденсатор небольшой емкости. Для низких и средних частот схема возбуждения должна обеспечивать небольшой ток. На очень высоких частотах или при работе нескольких полевых транзисторов схема управления должна обеспечивать больший ток.

Примечание:
Затвор полевого МОП-транзистора имеет некоторую емкость, что означает, что он будет удерживать заряд (сохранять напряжение). Если напряжение затвора не разряжено, полевой транзистор будет продолжать проводить ток. Это не означает, что вы можете зарядить его и ожидать, что полевой транзистор будет продолжать работать бесконечно, но он будет продолжать работать до тех пор, пока напряжение на затворе не станет ниже порогового напряжения. Вы можете убедиться, что он выключается, если подключите подтягивающий резистор между затвором и истоком.

Сильноточные клеммы:
«Управляемые» терминалы называются истоком и стоком. Это выводы, отвечающие за проведение тока через транзистор.

Корпуса транзисторов:
МОП-транзисторы используют те же «корпуса», что и биполярные транзисторы. Наиболее распространенным в автомобильных стереоусилителях в настоящее время является корпус ТО-220 (показан выше).

---

Транзистор в цепи:
На этой диаграмме показаны напряжения на резисторе и полевом транзисторе с 3 различными напряжениями затвора. Вы должны увидеть, что на резисторе нет напряжения, когда напряжение затвора составляет около 2,5 вольт. Это означает, что ток не течет, потому что транзистор не открыт. Когда транзистор частично открыт, на обоих компонентах возникает падение напряжения (напряжения). Когда транзистор полностью открыт (напряжение затвора около 4,5 вольт), на резистор подается полное напряжение питания, и падение напряжения на транзисторе практически отсутствует. Это означает, что оба вывода (истока и стока) транзистора имеют практически одинаковое напряжение.

Когда транзистор полностью открыт, нижний вывод резистора фактически соединен с землей.

Напряжение на затвор	Напряжение на резисторе	Напряжение на транзисторе
2,5 В	нет напряжения	примерно 12 вольт
3,5 В	менее 12 вольт	менее 12 вольт
4,5 В	примерно 12 вольт	практически нет напряжения

---

—— Критически важный ——

Adobe считает, что Flash-контент на веб-страницах слишком опасен для обычного пользователя Интернета. Практически для всех современных браузеров поддержка Flash была прекращена 1 января 2021 года.

Это означает, что эти браузеры не будут отображать какие-либо интерактивные Flash-демонстрации/калькуляторы/графику на этом (или любом другом) сайте.

Самое простое (не самое лучшее) решение на данный момент — загрузить расширение Ruffle для вашего браузера. Он отобразит файлы Flash там, где они были ранее заблокированы. В некоторых браузерах вам придется нажать на большую кнопку «воспроизведение», чтобы сделать апплеты/графику Flash видимыми.

Альтернативой Ruffle для просмотра Flash-контента является использование альтернативного браузера, такого как старая портативная версия Chrome (Chromium), старая версия Safari для Windows или один из нескольких других браузеров. Дополнительную информацию о браузерах с поддержкой Flash можно найти ЗДЕСЬ. Это не так просто, как Ruffle, но любой, даже немного знакомый с панелью управления Windows и установкой программного обеспечения, может использовать Flash так, как это было задумано.

В следующей демонстрации вы можете увидеть, что полевой транзистор подключен к лампе. Когда напряжение ниже примерно 3 вольт, лампа полностью гаснет. Через лампу или полевой транзистор ток не течет. Когда вы нажимаете кнопку, вы можете видеть, что конденсатор начинает заряжаться (обозначается восходящей желтой линией и точкой, где кривая зарядки конденсатора пересекается с белой линией, идущей слева направо). Когда полевой транзистор начинает включаться, напряжение на стоке начинает падать (обозначается падающей зеленой линией и точкой пересечения зеленой кривой с белой линией).По мере приближения напряжения на затворе к пороговому напряжению (~3,5 В) напряжение на лампе начинает падать. увеличивается.Чем больше оно увеличивается, тем ярче становится лампа.После того, как напряжение на затворе достигает примерно 4 вольт, вы можете видеть, что лампочка полностью горит (на ее клеммах полные 12 вольт).Напряжения практически нет через полевой транзистор. Вы должны заметить, что полевой транзистор полностью выключен ниже 3 В и полностью включен после 4 В.

Любое напряжение затвора ниже 3 В практически не влияет на полевой транзистор. Выше 4 В эффект небольшой.

---

Параметры конструкции

Напряжение затвора:
Как вы уже знаете, полевой транзистор управляется напряжением затвора. Для этого типа MOSFET максимальное безопасное напряжение затвора составляет ± 20 вольт. Если на затвор подается более 20 вольт (относительно истока), это разрушит транзистор. Транзистор будет поврежден, потому что напряжение пройдет через изолятор, отделяющий затвор от части сток/исток полевого транзистора.

Ток:
Как и в случае с биполярными транзисторами, каждый полевой транзистор рассчитан на безопасное пропускание определенного количества тока. Если температура полевого транзистора выше 25°С (приблизительно 77° по Фаренгейту), «безопасная» токопроводящая способность транзистора будет снижена. Безопасная рабочая зона (S.O.A) продолжает уменьшаться по мере повышения температуры.