Zaloguj
Spis treści
JFET-y mocy?
Wcześniej mówiliśmy, że z uwagi na głębokość wnikania pola w półprzewodnik elementarne struktury tranzystorów złączowych JFET są maleńkie i nie sposób zbudować jednej potężnej struktury JFET dużej mocy. Generalnie jest to prawdą także w przypadku tranzystorów MOSFET. Tranzystory dużej mocy są w istocie złożeniem – połączeniem równoległym mnóstwa malutkich tranzystorków MOSFET.
Jak najbardziej możliwa jest analogiczna realizacja krzemowych tranzystorów JFET dużej mocy. Jest możliwa, ale na rynku nie ma klasycznych krzemowych JFET-ów dużej mocy! Warto jednak wiedzieć, że już w latach 70. pojawiły się tranzystory SIT (Static Induction Transistor), m.in. słynne w środowisku audiofilów Sony 2SK28, które można traktować jako odmianę JFET-ów o dużej mocy. Jednak elementy te szybko znikły z rynku. Ciekawostką jest też fakt, że idea tranzystorów SIT została opracowana zaskakująco wcześnie, bo już w roku 1950 w Japonii (Nishizawa i Watanabe).
Nieco ponad 10 lat temu niewielka amerykańska firma Lovoltech oferowała krzemowe tranzystory JFET dużej mocy. Rysunek 11 to fragmenty karty katalogowej JFET-a mocy (24 V, 50 A, 69 W) o oznaczeniu LU1014D. Wywołały one zrozumiałe zainteresowanie miłośników audio z uwagi na „lampopodobne” właściwości. Niestety, wygląda na to, że rynkowe zainteresowanie było zbyt małe, żeby produkcja tych interesujących elementów była opłacalna. Firma Lovoltech najpierw zmieniła nazwę na Qspeed, a potem (2011) została wykupiona przez Power Integrations Inc. Ale nie z uwagi na takie JFET-y mocy, tylko na ulepszone odmiany diod. JFET-ów mocy nie ma w ofercie Power Integrations, która dziś jest znana ze swoich sterowników sieciowych przetwornic indukcyjnych.
W Internecie można dziś znaleźć JFET-y dużej mocy i ich karty katalogowe, ale nie elementów krzemowych, tylko wykonanych z innego półprzewodnika, na przykład z węglika krzemu (SiC), materiału o którym jeszcze będziemy mówić.
W każdym razie nie ma krzemowych JFET-ów mocy, ale dostępne są działające praktycznie tak samo krzemowe tranzystory MOSFET dużej mocy, które są normalnie otwarte.
To są MOSFET-y z kanałem zubożanym (depletion mode). Na rynku dostępne są tylko MOSFET-y zubożane z kanałem N (nie ma wersji z kanałem P), a ich najczęściej używany symbol różni się od tranzystora MOSFET N – rysunek 12. Są one wykorzystywane w nielicznych aplikacjach. Mają budowę wewnętrzną praktycznie taką, jak klasyczne MOSFET-y normalnie zamknięte, czyli dużo bardziej skomplikowaną niż tranzystory złączowe JFET.
Absolutnie dominujące są dziś MOSFET-y mocy normalnie zatkane (enhancement mode), o najróżniejszych dopuszczalnych napięciach, prądach i mocach. Zadziwiająco dobre są właściwości MOSFET-ów niskonapięciowych. Dziś istnieją liczne typy, które po otwarciu mają rezystancję RDSon poniżej 1 milioma. Prąd 100 amperów, płynąc przez rezystancję 1 mV, daje spadek napięcia tylko 100 mV i stosunkowo niewielką jak na taki prąd moc strat 10 W (100 A · 0,1 V). Niskonapięciowe MOSFET-y są przełącznikami bliskimi ideału! Dla porównania warto dodać, że 10-centymetrowy odcinek miedzianego przewodu instalacyjnego o przekroju 1,5 mm2 (średnicy 1,4 mm) ma rezystancję nieco powyżej 1,1 milioma...
Dużo gorzej jest z MOSFET-ami wysokonapięciowymi. Najprościej biorąc, aby w stanie zatkania wysokie napięcie nie przebiło struktury między źródłem i drenem, musi być ona odpowiednio gruba. A gruba warstwa półprzewodnika daje stosunkowo dużą rezystancję w stanie otwarcia, a tym samym duże spadki napięcia i duże moce strat. Nie ma problemu, żeby wytworzyć MOSFET-y mocy o napięciach pracy kilkaset woltów czy nawet kilku tysięcy woltów. Jednak ze wzrostem napięcia maksymalnego nieproporcjonalnie rośnie rezystancja, a tym samym straty mocy w stanie otwarcia stają się nieakceptowalnie duże. Pod tym względem wysokonapięciowe MOSFET-y okazują się dużo gorsze od wysokonapięciowych tranzystorów bipolarnych. I tak dochodzimy do...
