קיבול שער, התנגדות הפעלה ופרמטרים אחרים של MOSFETs

I. קיבול שער

קיבול השער כולל בעיקר קיבול קלט (Ciss), קיבול מוצא (Coss) וקיבול העברה הפוכה (Crss, הידוע גם בשם קיבול מילר).

קיבול קלט (Ciss):

הגדרה: קיבול הכניסה הוא הקיבול הכולל בין השער למקור והניקוז, והוא מורכב מקיבול המקור של השער (Cgs) ומקיבול ה-gate drain (Cgd) המחוברים במקביל, כלומר Ciss = Cgs + Cgd.

פונקציה: קיבול הקלט משפיע על מהירות המיתוג של ה-MOSFET. כאשר קיבול הכניסה נטען למתח סף, ניתן להפעיל את המכשיר; משוחרר לערך מסוים, ניתן לכבות את המכשיר. לכן, למעגל ההנעה ול-Ciss יש השפעה ישירה על עיכוב ההדלקה והכיבוי של המכשיר.

קיבול פלט (Coss):

הגדרה: קיבול המוצא הוא הקיבול הכולל בין הניקוז למקור, ומורכב מקיבולת ה-drain-source (Cds) ומקיבול ה-gate-drain (Cgd) במקביל, כלומר Coss = Cds + Cgd.

תפקיד: ביישומי מיתוג רך, Coss חשוב מאוד מכיוון שהוא עלול לגרום לתהודה במעגל.

קיבול שידור הפוך (Crss):

הגדרה: קיבול ההעברה ההפוכה שווה ערך לקיבול ניקוז השער (Cgd) ולעתים קרובות מכונה קיבול מילר.

תפקיד: קיבול ההעברה ההפוכה הוא פרמטר חשוב לזמני העלייה והירידה של המתג, והוא משפיע גם על זמן ההשהיה לכיבוי. ערך הקיבול יורד ככל שמתח המקור לניקוז עולה.

II. התנגדות נגד (Rds(on))

הגדרה: התנגדות הפעלה היא ההתנגדות בין המקור לניקוז של MOSFET במצב מופעל בתנאים ספציפיים (למשל, זרם דליפה ספציפי, מתח שער וטמפרטורה).

גורמים משפיעים: התנגדות On היא לא ערך קבוע, היא מושפעת מהטמפרטורה, ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, כך ה-Rds(on) גדול יותר. בנוסף, ככל שמתח העמידות גבוה יותר, ככל שהמבנה הפנימי של ה-MOSFET עבה יותר, כך התנגדות ההפעלה המתאימה גבוהה יותר.

חשיבות: בעת תכנון מיתוג ספק כוח או מעגל דרייבר, יש צורך לשקול את התנגדות ההפעלה של ה-MOSFET, מכיוון שהזרם הזורם דרך ה-MOSFET יצרוך אנרגיה על התנגדות זו, וחלק זה של האנרגיה הנצרכת נקרא on- אובדן התנגדות. בחירת MOSFET עם התנגדות הפעלה נמוכה יכולה להפחית את אובדן ההתנגדות.

שלישית, פרמטרים חשובים נוספים

בנוסף לקיבול השער ולהתנגדות ההפעלה, ל-MOSFET יש כמה פרמטרים חשובים נוספים כגון:

V(BR)DSS (מתח התמוטטות מקור ניקוז):מתח מקור הניקוז שבו הזרם הזורם דרך הניקוז מגיע לערך מסוים בטמפרטורה מסוימת ועם מקור השער מקוצר. מעל ערך זה, הצינור עלול להינזק.

VGS(th) (מתח סף):מתח השער הנדרש כדי לגרום לתעלה מוליכה להתחיל להיווצר בין המקור לניקוז. עבור MOSFETs סטנדרטיים N-channel, VT הוא בערך 3 עד 6V.

מזהה (זרם ניקוז רציף מקסימלי):זרם DC רציף מקסימלי שניתן לאפשר על ידי השבב בטמפרטורת הצומת המקסימלית.

IDM (Maximum Pulsed Drain Current):משקף את רמת הזרם הפולס שהמכשיר יכול להתמודד, כאשר זרם הפולס גבוה בהרבה מזרם DC רציף.

PD (פיזור כוח מרבי):המכשיר יכול לפזר את צריכת החשמל המרבית.

לסיכום, קיבול השער, התנגדות ההפעלה ופרמטרים אחרים של MOSFET הם קריטיים לביצועים וליישום שלו, ויש לבחור ולעצב אותם בהתאם לתרחישים ודרישות יישום ספציפיות.