Weerstand van het stroompad wanneer een vermogenshalfgeleider aan staat. Hoe lager, hoe minder geleidingsverlies.
Japanse benaming: オン抵抗
“Aan-weerstand (on-resistance)” komt voor in 15 oefenvragen uit 7 onderwerpen, bijv. Vermogenshalfgeleiders, MOSFET, PN-overgang en diode.
Vakgebied: Vermogenshalfgeleiders
De aan-weerstand van een vermogens-MOSFET, RDS(on), is een serieschakeling: het inversiekanaal, het JFET-gebied tussen de cellen bij planaire ontwerpen, de licht gedoteerde driftlaag die de spanning tegenhoudt, het substraat, en ten slotte contacten, bonddraden en behuizing. Bij laagspanningscomponenten overheersen kanaal, substraat en behuizing; bij componenten voor honderden volts de driftlaag. Het kanaalaandeel daalt naarmate de gatespanning stijgt, dus datasheets geven RDS(on) op bij een vermelde gatesturing en temperatuur. Technologieën worden vergeleken op basis van de specifieke aan-weerstand, weerstand maal actief oppervlak.
In aan-toestand dissipeert de schakelaar P = I²R: 10 A door 10 mΩ geeft 1 W, en een verdubbeling van de stroom verviervoudigt het verlies. RDS(on) stijgt met de temperatuur omdat de mobiliteit van de ladingdragers daalt; ruwweg 1,5 keer de waarde bij kamertemperatuur bij 100 °C is een gangbare vuistregel, dus thermische schattingen moeten met warme waarden werken. Deze positieve coëfficiënt maakt parallelschakelen eenvoudig, omdat een warmere component minder stroom voert. Rond de drempelspanning, bij lage gatesturing, wordt de coëfficiënt negatief, dus werken in lineaire modus of langzaam schakelen kan toch stroomconcentratie veroorzaken.
Om meer spanning te blokkeren is een dikkere, lichter gedoteerde driftlaag nodig, die een hogere weerstand heeft. Voor unipolaire siliciumcomponenten schaalt de ideale specifieke aan-weerstand met ongeveer de 2,5e macht van de doorslagspanning, dus een verdubbeling van de spanningsklasse verhoogt die ongeveer 5,7 keer: de siliciumlimiet. Trenchgates brengen meer kanaalbreedte per oppervlak onder en elimineren de JFET-weerstand. Superjunction-MOSFET's gebruiken afwisselende p- en n-pilaren die zijwaarts depleteren, waardoor componenten in de 600 V-klasse ruim onder de limiet komen. SiC en GaN verdragen een veel hoger kritisch veld, wat dunnere, zwaarder gedoteerde driftgebieden mogelijk maakt.
Een geleidende MOSFET werkt in zijn lineaire gebied, waar de stroom vrijwel evenredig is met VDS, dus hij gedraagt zich als een weerstand. Bipolaire transistors en IGBT's vertonen in plaats daarvan een doorlaatspanning: een verzadigde BJT valt ongeveer 0,1–0,3 V af, en een IGBT heeft een knik die met de junctie samenhangt, vóór zijn resistieve helling. Bij lage spanning wint een kleine RDS(on) het meestal van een vaste knik, dus MOSFET's domineren daar. Bij enkele honderden volts en hoge stroom houdt de geleidbaarheidsmodulatie van de IGBT de spanningsval laag, waar de driftweerstand van een silicium-MOSFET de pan uit zou rijzen.
Antwoord: C. De weerstand tussen source en drain in de aan-toestand; hoe kleiner, hoe minder verlies
De aan-weerstand RDS(on) is de weerstand tussen drain en source wanneer de MOSFET geleidt, en het geleidingsverlies is I²R. Bij 10 A door 10 mΩ is het verlies bijvoorbeeld 1 W. Naarmate de gatespanning hoger is, zijn er meer ladingdragers in het kanaal en wordt de weerstand lager, en bij hogere temperatuur wordt hij groter (richtwaarde ongeveer 1,5 keer bij 100 °C). Bij vermogens-MOSFET's neemt de aan-weerstand sterk toe bij hogere doorslagspanning, en om dat compromis te doorbreken worden de super-junction-structuur en SiC gebruikt.
Antwoord: C. Bij hogere temperatuur stijgt de aan-weerstand, zodat de stroom door een heet geworden element vanzelf afneemt en de stroom wordt verdeeld
De aan-weerstand van een MOSFET neemt toe bij hogere temperatuur doordat de mobiliteit daalt (positieve temperatuurcoëfficiënt). Wanneer één van de parallelle elementen heet wordt, stijgt zijn weerstand en neemt zijn stroom af, zodat de stroom naar de andere elementen wordt verdeeld; thermische doorloop treedt dan niet gemakkelijk op en parallelschakelen is eenvoudig. Bij lage gatespanning nabij de drempel is de temperatuurcoëfficiënt echter negatief, en bij lineaire werking of langzaam schakelen kan stroomconcentratie optreden, dus voorzichtigheid is geboden.
Een hogere temperatuur verhoogt de roosterverstrooiing, wat de mobiliteit van ladingdragers in zowel het kanaal als de driftlaag verlaagt. Als ruwe richtlijn is RDS(on) bij 100 °C ongeveer 1,5 keer de waarde bij kamertemperatuur.
Gebruik P = I²·RDS(on), met de RMS-stroom door de component en de aan-weerstand bij de verwachte junctietemperatuur. In een schakelende converter houdt de RMS-stroom al rekening met de duty cycle.
Een hogere spanningsklasse vereist een dikkere, lichter gedoteerde driftlaag, en voor silicium groeit de ideale aan-weerstand met ongeveer de 2,5e macht van de doorslagspanning. Superjunction-structuren en SiC- of GaN-componenten worden gebruikt om dit te omzeilen.
De aan-weerstand RDS(on) is de weerstand tussen drain en source wanneer de MOSFET geleidt, en het geleidingsverlies is I²R.
Welke uitleg over de 'aan-weerstand' bij gebruik van een MO…De aan-weerstand van een MOSFET neemt toe bij hogere temperatuur doordat de mobiliteit daalt (positieve temperatuurcoëfficiënt).
Welke uitleg over de temperatuurafhankelijkheid van de aan-…Theoretisch is de aan-weerstand van unipolaire Si-componenten evenredig met de doorslagspanning tot de macht ca.
Welke uitspraak over het verband tussen doorslagspanning en…Omdat het evenredig is met het kwadraat van de stroom, wordt het verlies 4 keer zo groot als de stroom bij hetzelfde component verdubbelt, en bij grote stroom leidt een klein verschil in aan-weerstand tot een groot verschil in verlies.
Hoe groot is het geleidingsverlies wanneer een stroom van 1…Bij lage concentratie en een dikke laag neemt echter de aan-weerstand toe, zodat er een afweging is met de doorslagspanning.
Wat gebeurt er in het algemeen met de doorslagspanning van …Vermogens-MOSFET (power MOSFET) SiC (siliciumcarbide) IGBT Mobiliteit GaN (galliumnitride) Uitputtingslaag (depletion layer) Verzadigingsgebied (saturation region) HEMT (high electron mobility transistor) Tweedimensionaal elektronengas (2DEG) Perfluorkoolstoffen (PFC)