За визначенням MOSFET і IGBT являють собою перемикаючі пристрої, керовані напругою. В електричному ланцюзі управління вони не споживають струм в статичному режимі. Однак безпосередньо в моменти перемикання в потужних транзисторах протікають значні імпульси («кидки») струму, обумовлені наявністю паразитних елементів у структурі (головним чином ємності затвора). Зазвичай при включенні MOSFET струм стоку наростає швидше, ніж відбувається спад напруги в каналі транзистора. В результаті можуть спостерігатися істотні втрати потужності при перемиканні, що викликають також збільшення струму управління затвором. Оптимальна форма кривої зарядного струму при включенні MOSFET наведена на рис. 3.95 [58], на якому зображені часові діаграми зміни напруги на затворі ί / ^ Κ ^, напруги стік – витік ί/Η(Κ ^), струму стоку / (/ ^, струму затвора. На практиці реалізувати такі епюри дуже складно, але цього і не потрібно. Важливо, щоб час наростання струму затвора дорівнювало сумі часів наростання струму стоку і падіння напруги 1 /і. Величина струму затвора повинна бути достатньою для заряду ємності затвора. Ланцюга управління MOSFET є більш простими і дешевими, легко відтворюваними в порівнянні з аналогічними ланцюгами біполярних транзисторів.

Рис. 3.95. Оптимальна форма кривої зарядного струму MOSFET при включенні

Важливим достоїнством MOSFET також є висока надійність при їх паралельній роботі, що застосовується на практиці для збільшення струму.

У деяких випадках можна відкривати і закривати транзистор досить повільно. Набагато частіше зустрічаються вимоги швидкого відмикання і замикання [15].

Характеристика включення MOSFET наведена на рис. 3.96, де /з – Струм стоку транзистора, ί / – Напруга затвора.

Рис. 3.96. Типова характеристика включення MOSFET

Оцінимо величину енергії та потужності при перемиканні такого транзистора, використовуючи прийняті на рис. 3.96 позначення параметрів. Струм стоку дорівнює нулю до значення Um пір. Якщо на вхідний ємності транзистора вже було початкове значення напруги t /HH, То при заряді вона одержить збільшення енергії, рівне

>

Вважаючи, що Сі не залежить від напруги (вона дещо знижується із зростанням U) і U = 0, тоЗИ

ЗИ7Зін ‘

Значення потужності при включенні транзистора визначається наступним вираженіемОценім величину струму заряду ємності затвора при включенні MOSFET. Нехай Сі = 4 нФ, Д £ /зи = 12 В, а заданий час заряду вхідний ємності має становити 50 нс. Тоді отримаємо наступне чисельне значення струму:

I

тобто струм повинен бути достатньо великим, щоб забезпечити включення транзистора за короткий час.

Щоб MOSFET міг управлятися від різних типів логічних схем, необхідно наступне:

1) величина порогового напруги Unop повинна знаходитися між логічними рівнями U0 і Ux;

2) логічна схема повинна забезпечувати достатній вихідний струм, щоб переключити MOSFET

Використання цих простих виразів (3.32) – (3.35) дозволяє легко розрахувати чисельні значення параметрів базових комплектуючих, необхідних розробнику системи для створення конкретної схеми управління MOSFET або IGBT.

Джерело: Білоус О.І., Єфименко С.А., Турцевич А.С., Напівпровідникова силова електроніка, Москва: Техносфера, 2013. – 216 с. + 12 с. кол. вкл.