Que Es MOSFET De Potencia - Tipos, Capacitancia Y Aplicación.

La tecnología MOSFET es ideal para su uso en muchas aplicaciones de potencia, donde la baja resistencia de conexión permite alcanzar altos niveles de eficiencia. Hay diferentes variedades de MOSFET de potencia disponibles de distintos fabricantes, cada uno con sus propias características y capacidades.

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

Que Es MOSFET De Potencia - Tipos, Capacitancia Y Aplicación.

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    Tipos de MOSFET de potencia

    Dentro del ámbito 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 forma más eficiente. Como ya se ha mencionado, suelen incorporar una forma de estructura vertical

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

    • MOSFET de potencia planar: Es la forma básica de MOSFET de potencia. Es bueno para los valores nominales de alta tensión porque la resistencia de encendido está dominada por la resistencia de la epicapa. Esta estructura se utiliza generalmente cuando no se necesita una alta densidad de células.
    • VMOS: Los MOSFET de potencia VMOS están disponibles desde hace muchos años. El concepto básico utiliza una estructura de ranura en V para permitir un flujo más vertical de la corriente, proporcionando así menores niveles de resistencia en ON y mejores características de conmutación. Aunque se utilizan para la conmutación de potencia, también pueden emplearse para pequeños amplificadores de potencia de RF de alta frecuencia.
    • UMOS: La versión UMOS del MOSFET de potencia utiliza una ranura similar a la del FET VMOS. Sin embargo, la ranura tiene un fondo más plano y proporciona algunas ventajas diferentes.
    • HEXFET: Esta forma de MOSFET de potencia utiliza una estructura hexagonal para proporcionar la capacidad de corriente.
    • TrenchMOS: También el MOSFET de potencia TrenchMOS utiliza una ranura o zanja básica similar en el silicio básico para proporcionar una mejor capacidad de manejo y características. En particular, los MOSFET de potencia Trench se utilizan principalmente para voltajes superiores a 200 voltios debido a su densidad de canal y, por tanto, a su menor resistencia en ON.

    Tensión de ruptura del MOSFET de potencia

    La tensión de ruptura es un parámetro clave para cualquier dispositivo de potencia, incluidos los MOSFET de potencia. Como estos dispositivos pueden funcionar a tensiones muy superiores a las que se encuentran en los circuitos electrónicos de menor potencia, la tensión de ruptura 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 cortocircuitan mediante 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 ninguna polarización a la puerta, el dispositivo es capaz de proporcionar una alta tensión de drenaje a través de la unión del cuerpo de tipo P con polarización inversa y la capa epitaxial N+ (mostrada como P-silicio y N- en el diagrama del MOSFET de potencia planar). Cuando hay tensiones altas, la mayor parte de la tensión aplicada aparece a través de la capa N- ligeramente dopada. Si se requiere una tensión operativa más alta, la capa N- puede estar más ligeramente dopada y ser más gruesa, pero esto también tiene el efecto de aumentar la resistencia de encendido.

    En los dispositivos de baja tensión, los niveles de dopaje de las zonas de silicio P y N- son comparables y la tensión se reparte 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 N+, dando lugar a una tensión de ruptura más baja.

    Por otro lado, si el dispositivo se diseña para una tensión demasiado alta, la resistencia del canal y la tensión umbral aumentarán. Por ello, es necesario optimizar cuidadosamente el dispositivo. Además, al elegir los dispositivos MOSFET de potencia, es necesario optar por uno que proporcione la combinación correcta de tensión de ruptura y resistencia en ON.

    Tensión de ruptura del MOSFET de potencia

    Capacitancia

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

    Las principales áreas de capacitancia que afectan al rendimiento de la conmutación son la capacitancia de la puerta a la fuente, CGS; la capacitancia de la puerta al drenaje, CGD; y la del drenaje a la fuente, CDS.

    Lee: ¿Qué Es Un Tiristor, SCR? – Símbolos Y Especificaciones.

    Estas capacitancias no son lineales y dependen de la estructura del dispositivo y de las tensiones presentes en cada momento. Son el resultado de la capacitancia de óxido dependiente del sesgo y de la capacitancia de la capa de agotamiento dependiente del sesgo. Normalmente, a medida que aumentan las tensiones, las capas de agotamiento aumentan y los niveles de capacitancia disminuyen.

    Tensión umbral del MOSFET de potencia

    La tensión umbral, que normalmente se designa como VGS(TH), es la tensión de puerta mínima que puede formar un canal conductor entre la fuente y el drenaje.

    En los MOSFET de potencia, esta tensión umbral se mide normalmente para una corriente de fuente de drenaje de 250µA.

    La tensión umbral viene determinada por factores del MOSFET de potencia, como el grosor del óxido de la puerta y la concentración de dopaje en el canal.

    Aplicaciones del MOSFET de potencia

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

    • Fuentes de alimentación lineales
    • Fuentes de alimentación de conmutación
    • Convertidores DC-DC
    • Control de motores de baja tensión

    Los MOSFET de potencia se utilizan normalmente en aplicaciones en las que las tensiones no superan los 200 voltios. Las tensiones más altas no son tan fáciles de alcanzar. Cuando se utilizan los MOSFET de potencia, lo que resulta especialmente atractivo es su baja resistencia a la conexión.

    Esto reduce la disipación de energía, lo que a su vez reduce el coste y el tamaño, ya que se requiere menos trabajo de metal y refrigeración. Además, la baja resistencia a la conexión significa que los niveles de eficiencia pueden mantenerse a un nivel más alto.

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