prólogo
Los MOSFET de potencia se utilizan principalmente en aplicaciones de modo de conmutación donde actúan como interruptores de encendido/apagado. Sin embargo, aplicaciones como cargas electrónicas, reguladores lineales y amplificadores de clase A requieren MOSFET de potencia para operar en la región lineal. En este modo de operación, la corriente y el voltaje de drenaje alto ocurren simultáneamente, lo que somete al MOSFET a un alto estrés térmico y una alta disipación de potencia.
Cuando se excede la tensión termoeléctrica, se producen puntos calientes térmicos en el silicio, lo que hace que el dispositivo falle. Para evitar tales fallas, los MOSFET que operan en la región lineal requieren una alta capacidad de disipación de potencia y un área de operación segura de polarización directa extendida (FBSOA).
Una serie de MOSFET de potencia lineal desarrollados por IXYS brindan una capacidad FBSOA mejorada al suprimir la retroalimentación positiva de la inestabilidad electrotérmica. Estos nuevos diseños de MOSFET presentan una distribución desigual de celdas de transistores y celdas con diferentes voltajes de umbral.
Todas las celdas de transistor están diseñadas con una resistencia de balasto en la fuente para limitar su corriente. El transistor de unión bipolar (BJT) parásito de cada celda se pasa por alto en gran medida y no se encenderá en condiciones de estrés eléctrico extremo. Además, probamos la respuesta térmica de cada MOSFET de potencia para garantizar que no haya vacíos de soldadura. La eficacia de los MOSFET lineales se puede demostrar en diseños de carga electrónica desarrollados para pruebas de suministro de energía.
segundo desglose
La Figura 1 muestra las características típicas de salida de un MOSFET de potencia de canal n, mostrando varios modos de operación. En la región de corte, el voltaje de fuente de puerta (VGS) es más bajo que el voltaje de umbral de puerta (VGSth) y el dispositivo está en circuito abierto o apagado. En la región óhmica, el dispositivo actúa como un resistor con una resistencia de encendido casi constante (RDSon) igual al voltaje de drenaje (VDS) dividido por la corriente de drenaje (IDS). En el modo de operación lineal, el dispositivo opera en la región de saturación actual. donde IDS es una función del voltaje de fuente de puerta (VGS) y se define como
donde K es un parámetro dependiente de la temperatura y la geometría del dispositivo y gFS es la ganancia o transconductancia actual.
A medida que aumenta VDS, el potencial de drenaje positivo se opone a la polarización del voltaje de la puerta, lo que reduce el potencial de superficie del canal. La carga en la capa de inversión del canal disminuye al aumentar VDS y eventualmente desaparece cuando el voltaje de drenaje es igual a VGS – VGSth. Este punto se denomina “punto de pellizco del canal” y la corriente de drenaje se satura.