VMOS場效應管
VMOS場效應管(VMOSFET)簡稱VMOS管或功率場效應管,其全稱為V型槽MOS場效應 管。它是繼MOSFET之後新發展起來的高效、功率開關器件。它不僅繼承了MOS場效應管輸入阻抗高(≥108W)、驅動電流小(左右0.1μA左右), 還具有耐壓高(最高可耐壓1200V)、工作電流大(1.5A~100A)、輸出功率高(1~250W)、跨導的線性好、開關速度快等優良特性。正是由於 它將電子管與功率電晶體之優點集於一身,因此在電壓放大器(電壓放大倍數可達數千倍)、功率放大器、開關電源和逆變器中正獲得廣泛套用。
眾所周知,傳統的MOS場效應管的柵極、源極和漏極大大致處於同一水平面的晶片上,其工作電流基本上是沿水平方向流動。VMOS管則不同,其兩大結構特點:
第一,金屬柵極採用V型槽結構;
第二,具有垂直導電性。由於漏極是從晶片的背面引出,所以ID不是沿晶片水平流動,而是自重摻雜N+ 區(源極S)出發,經過P溝道流入輕摻雜N-漂移區,最後垂直向下到達漏極D。
VMOS場效應管
VMOS場效應管(VMOSFET)簡稱VMOS管或功率場效應管,其全稱為V型槽MOS場效應 管。它是繼MOSFET之後新發展起來的高效、功率開關器件。它不僅繼承了MOS場效應管輸入阻抗高(≥108W)、驅動電流小(左右0.1μA左右), 還具有耐壓高(最高可耐壓1200V)、工作電流大(1.5A~100A)、輸出功率高(1~250W)、跨導的線性好、開關速度快等優良特性。正是由於 它將電子管與功率電晶體之優點集於一身,因此在電壓放大器(電壓放大倍數可達數千倍)、功率放大器、開關電源和逆變器中正獲得廣泛套用。
眾所周知,傳統的MOS場效應管的柵極、源極和漏極大大致處於同一水平面的晶片上,其工作電流基本上是沿水平方向流動。VMOS管則不同,其兩大結構特點:第一,金屬柵極採用V型槽結構;第二,具有垂直導電性。由於漏極是從晶片的背面引出,所以ID不是沿晶片水平流動,而是自重摻雜N+ 區(源極S)出發,經過P溝道流入輕摻雜N-漂移區,最後垂直向下到達漏極D。因為流通截面積增大,所以能通過大電流。由於在柵極與晶片之間有二氧化矽絕緣層,因此它仍屬於絕緣柵型MOS場效應管。
(1)判定柵極G
將萬用表撥至R×1k檔分別測量三個管腳之間的電阻。若發現某腳與其它兩腳的電阻均呈無窮大,並且交換表筆後仍為無窮大,則證明此腳為G極,因為它和另外兩個管腳是絕緣的。
(2)判定源極S、漏極D
在源-漏之間有一個PN結,因此根據PN結正、反向電阻存在差異,可識別S極與D極。用交換表筆法測兩次電阻,其中電阻值較低(一般為幾千歐至十幾千歐)的一次為正向電阻,此時黑表筆的是S極,紅表筆接D極。
(3)測量漏-源通態電阻RDS(on)
將G-S極短路,選擇萬用表的R×1檔,黑表筆接S極,紅表筆接D極,阻值應為幾歐至十幾歐。
由於測試條件不同,測出的RDS(on)值比手冊中給出的典型值要高一些。例如用500型萬用表R×1檔實測一隻IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大於0.58W(典型值)。
(4)檢查跨導
將萬用表置於R×1k(或R×100)檔,紅表筆接S極,黑表筆接D極,手持螺絲刀去碰觸柵極,錶針應有明顯偏轉,偏轉愈大,管子的跨導愈高。
(1)VMOS管亦分N溝道管與P溝道管,但絕大多數產品屬於N溝道管。對於P溝道管,測量時應交換表筆的位置。
(2)有少數VMOS管在G-S之間並有保護二極體,本檢測方法中的1、2項不再適用。
(3)目前市場上還有一種VMOS管功率模組,專供交流電機調速器、逆變器使用。例如美國IR公司生產的IRFT001型模組,內部有N溝道、P溝道管各三隻,構成三相橋式結構。
(4)現在市售VNF系列(N溝道)產品,是美國Supertex公司生產的超高頻功率場效應管,其最高工作頻率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信號低頻跨導gm=2000μS。適用於高速開關電路和廣播、通信設備中。
(5)使用VMOS管時必須加合適的散熱器後。以VNF306為例,該管子加裝140×140×4(mm)的散熱器後,最大功率才能達到30W。
(1)場效應管是電壓控制元件,而電晶體是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下,應選用場效應管;而在信號電壓較低,又允許從信號源取較多電流的條件下,應選用電晶體。
(2)場效應管是利用多數載流子導電,所以稱之為單極型器件,而電晶體是即有多數載流子,也利用少數載流子導電。被稱之為雙極型器件。
(3)有些場效應管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負,靈活性比電晶體好。
(4)場效應管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的製造工藝可以很方便地把很多場效應管集成在一塊矽片上,因此場效應管在大規模積體電路中得到了廣泛的套用 為了防止場效應管柵極感應擊穿,要求一切測試儀器、工作檯、電烙鐵、線路本身都必須有良好的接地;管腳在焊接時,先焊源極;在連入電路之前,管的全部引線端保持互相短接狀態,焊接完後才把短接材料去掉;從元器件架上取下管時,應以適當的方式確保人體接地如採用接地環 等;當然,如果能採用先進的氣熱型電烙鐵,焊接場效應管是比較方便的,並且確保全全;在未關斷電源時,絕對不可以把管插人電路或從電路中拔出。以上安全措施在使用場效應管時必須注意。
因為流通截面積增大,所以能通過大電流。由於在柵極與晶片之間有二氧化矽絕緣層,因此它仍屬於絕緣柵型MOS場效應管。
(1)判定柵極G
將萬用表撥至R×1k檔分別測量三個管腳之間的電阻。若發現某腳與其它兩腳的電阻均呈無窮大,並且交換表筆後仍為無窮大,則證明此腳為G極,因為它和另外兩個管腳是絕緣的。
(2)判定源極S、漏極D
在源-漏之間有一個PN結,因此根據PN結正、反向電阻存在差異,可識別S極與D極。用交換表筆法測兩次電阻,其中電阻值較低(一般為幾千歐至十幾千歐)的一次為正向電阻,此時黑表筆的是S極,紅表筆接D極。
(3)測量漏-源通態電阻RDS(on)
將G-S極短路,選擇萬用表的R×1檔,黑表筆接S極,紅表筆接D極,阻值應為幾歐至十幾歐。
由於測試條件不同,測出的RDS(on)值比手冊中給出的典型值要高一些。例如用500型萬用表R×1檔實測一隻IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=3.2W,大於0.58W(典型值)。
(4)檢查跨導
將萬用表置於R×1k(或R×100)檔,紅表筆接S極,黑表筆接D極,手持螺絲刀去碰觸柵極,錶針應有明顯偏轉,偏轉愈大,管子的跨導愈高。
(1)VMOS管亦分N溝道管與P溝道管,但絕大多數產品屬於N溝道管。對於P溝道管,測量時應交換表筆的位置。
(2)有少數VMOS管在G-S之間並有保護二極體,本檢測方法中的1、2項不再適用。
(3)目前市場上還有一種VMOS管功率模組,專供交流電機調速器、逆變器使用。例如美國IR公司生產的IRFT001型模組,內部有N溝道、P溝道管各三隻,構成三相橋式結構。
(4)現在市售VNF系列(N溝道)產品,是美國Supertex公司生產的超高頻功率場效應管,其最高工作頻率fp=120MHz,IDSM=1A,PDM=30W,共源小信號低頻跨導gm=2000μS。適用於高速開關電路和廣播、通信設備中。
(5)使用VMOS管時必須加合適的散熱器後。以VNF306為例,該管子加裝140×140×4(mm)的散熱器後,最大功率才能達到30W。
(1)場效應管是電壓控制元件,而電晶體是電流控制元件。在只允許從信號源取較少電流的情況下,應選用場效應管;而在信號電壓較低,又允許從信號源取較多電流的條件下,應選用電晶體。
(2)場效應管是利用多數載流子導電,所以稱之為單極型器件,而電晶體是即有多數載流子,也利用少數載流子導電。被稱之為雙極型器件。
(3)有些場效應管的源極和漏極可以互換使用,柵壓也可正可負,靈活性比電晶體好。
(4)場效應管能在很小電流和很低電壓的條件下工作,而且它的製造工藝可以很方便地把很多場效應管集成在一塊矽片上,因此場效應管在大規模積體電路中得到了廣泛的套用 為了防止場效應管柵極感應擊穿,要求一切測試儀器、工作檯、電烙鐵、線路本身都必須有良好的接地;管腳在焊接時,先焊源極;在連入電路之前,管的全部引線端保持互相短接狀態,焊接完後才把短接材料去掉;從元器件架上取下管時,應以適當的方式確保人體接地如採用接地環 等;當然,如果能採用先進的氣熱型電烙鐵,焊接場效應管是比較方便的,並且確保全全;在未關斷電源時,絕對不可以把管插人電路或從電路中拔出。以上安全措施在使用場效應管時必須注意。