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Tipos de MOSFETs de Potência (ART1463)

Diversas tecnologias possibilitam a obtenção de MOSFETs de potência. Essas tecnologias vem evoluindo dia a dia com os fabricantes criando0 estruturas com novas arquiteturas que levam os dispositivos a rendimento cada vez maior. Baixíssimas Rds(on), altíssimas capacidades de correntes são alguns dos pontos visados pelos fabricantes. Neste artigo mostramos os principais tipos de MOSFETs de potência.

A forma mais simples de se obter uma estrutura que suporte maior corrente é trabalhando com a geometria.

Assim, temos os V-MOS que possuem uma estrutura conforme a mostrada na figura 1 em que se obtém um canal maior fazendo com que ele penetre no substrato, adquirindo o formato de um “V”.

 

Figura 1 – O V-MOS
Figura 1 – O V-MOS

 

Se bem que seja uma forma de se obter um MOSFET de maior corrente não é a solução ideal.

Se a estrutura for aumentada simplesmente, características como a velocidade de operação e a tensão máxima de operação ficam comprometidas.

Assim, uma forma de se obter maior capacidade de corrente, consiste em montar diversas estruturas como esta em paralelo.

Existem então diversas tecnologias de montagem para os MOSFETs de potência como, por exemplo, as que damos a seguir:

 

a) Lateral MOSFET

Na figura 2 temos a estrutura de um MOSFET desse tipo que tem uma construção simples e apresenta uma grande eficiência dada a utilização mais proveitosa da superfície do material semicondutor.

 

Figura 2 – Construção de um Lateral MOSFET
Figura 2 – Construção de um Lateral MOSFET

 

 

As principais vantagens deste tipo de MOSFET são a pequena potência do sinal necessária a sua excitação e a alta velocidade de comutação.

A pequena potência se deve ao fato de que praticamente nenhuma corrente flui pelo depois que a pequena capacitância de gate é carregada.

A desvantagem está na alta resistência do canal havendo limitações para sua redução principalmente em relação aos custos.

 

b) MOSFET de Dupla Difusão

Na figura 3 temos um exemplo de estrutura de MOSFET que utiliza esta tecnologia.

 

   Figura 3 – MOSFET de Dupla Difusão
Figura 3 – MOSFET de Dupla Difusão

 

 

Para se obter maior capacidade de corrente, muitas regiões N das fontes são ligadas em paralelo formando células.

Num único transistor podemos encontrar de 5 000 a 25 000 dessas células, o que contribui para reduzir a resistência entre o dreno e a fonte (Rdson) tornando assim o transistor muito mais eficiente, inclusive aumentando a velocidade decomutação.

Para este tipo de estrutura existem diversos arranjos possíveis como, por exemplo, disposições em quadrados, triângulos, hexágonos, etc.

Na figura 4 temos um exemplo de estrutura em hexágonos formando células paralelas, de modo que cada célula se comporta como um MOSFET independente, todos ligados em paralelo.

 

 

   Figura 4 -  Estrutura em hexágonos formando células num MOSFET de potência
Figura 4 - Estrutura em hexágonos formando células num MOSFET de potência

 

 

c) MOSFET Vertical

Esta é uma outra estrutura possível para a construção de MOSFETs de potência. Na figura 5 mostramos como ela é numa vista em corte muito ampliada.

 

   Figura 5 – O MOSFET vertical
Figura 5 – O MOSFET vertical

 

 

Este tipo de MOSFET pode ser utilizado exatamente como os demais, apresentando boa capacidade de manuseio de correntes elevadas.

 

d) MOSFET T

Este MOSFET utiliza um outro tipo de estrutura que o torna bastante eficiente no manuseio de correntes elevadas e também em termos de velocidade.

Na figura 6 temos esta estrutura.

 

 

   Figura 6 – MOSFET T
Figura 6 – MOSFET T

 

 

Nesta estrutura a superfície superior corresponde totalmente à conexão à fonte.

Uma das vantagens deste tipo de estrutura é a sua facilidade de construção.

A capacidade de condução de um MOSFET e, portanto, sua potência máxima está diretamente ligada a resistência que ele apresenta entre o dreno e a fonte denominada Rds(on).

Como em qualquer componente, a quantidade de calor gerado é dada pela corrente que ele conduz e pela queda de tensão entre os seus terminais, no caso do MOSFET, a resistência entre o dreno (d) e a fonte (s).

Se essa resistência for baixa, a queda de tensão é pequena e, com isso, a quantidade de calor gerada na condução é baixa.

Hoje em dia, a preocupação maior dos fabricantes é oferecer MOSFETs que tenham as Rds(on) as mais baixas possíveis sendo comuns os valores da ordem de fração de ohm.

Com a utilização da estruturas triangulares, quadradas ou hexagonais com muitas células ligadas em paralelo, é como se a resistências entre dreno e fonte ficassem em paralelo, possibilitando a obtenção de Rds(on) muito baixas.

Nos MOSFETs comuns podemos encontrar de 5 000 a 25 000 células ligadas em paralelo num único componente.

Os MOSFETs podem operar com tensões de até mais de 1 000 V dependendo do tipo e com correntes muito intensas que, em alguns casos, chegam a várias dezenas de ampères.

 

Conclusão

Qualquer que seja o tipo, certamente o leitor poderá encontrar um MOSFET de potência com as características que precisa para seu projeto. Consulte os tipos de diversos fabricantes para se certificar que o escolhido é o que melhor se adapta às suas necessidades.

 

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