Перейти к содержанию

Встроенный диод MOSFET

В структуре почти любого силового MOSFET между стоком и истоком есть p-n переход — встроенный диод. Он проводит, когда исток положительнее стока, и его параметры приводятся в даташите отдельной таблицей.

Обновлено Редакция GAW

Встроенный диод (body diode) — p-n переход между истоком и стоком, который образуется в структуре силового MOSFET сам собой. У N-канального транзистора его анод — исток, катод — сток: диод проводит, когда напряжение на стоке ниже, чем на истоке. Поэтому на условном обозначении MOSFET часто рисуют диод, а в даташите его параметры собраны в отдельную таблицу.

Пример — строки даташита IRF540 (Vishay):

ПараметрОбозначениеIRF540
Постоянный ток диодаIS28 А
Импульсный токISM110 А
Прямое напряжениеVSDдо 2,5 В при 28 А
Время обратного восстановленияtrr180 нс типично, до 360 нс
Заряд восстановленияQrr1,3 мкКл типично, до 2,8 мкКл

У маломощного 2N7002 по даташиту Diodes прямое напряжение — 0,78 В типично и до 1,5 В при 115 мА.

Практические следствия:

  • Ключ на MOSFET не размыкает цепь в обе стороны. В закрытом состоянии транзистор блокирует напряжение только одной полярности; при обратной диод проводит. Для двунаправленных ключей ставят два транзистора встречно.
  • Перепутанные сток и исток. Если транзистор впаян наоборот, диод проводит ток нагрузки всегда — частая ошибка при замене, например у 2N7000 и BS170 с обратной цоколёвкой.
  • Мосты и инверторы. В H-мостах ток индуктивной нагрузки после выключения одного ключа течёт через встроенный диод другого. Медленное восстановление диода (время обратного восстановления) добавляет потери, поэтому на время проводимости открывают сам канал — это синхронное выпрямление.

Устройство MOSFET и его паразитные элементы — в статье «MOSFET и IGBT».

Частые вопросы

Можно ли использовать встроенный диод MOSFET вместо обратного диода на катушке?

В типовом ключе на общий провод — нет. При выключении напряжение на стоке выбрасывается вверх, а для встроенного диода это обратное направление: он не открывается, и выброс ложится на транзистор. Катушке нужен свой диод параллельно. Встроенный диод работает как обратный в мостовых схемах, где ток нагрузки возвращается через диод соседнего ключа.

Почему транзистор в ключе не выключает нагрузку?

Частая причина — перепутаны сток и исток. Тогда встроенный диод включён в прямом направлении и проводит ток нагрузки независимо от затвора. Так бывает при замене транзисторов с разной цоколёвкой, например 2N7000 и BS170.

Насколько хорош встроенный диод как обычный диод?

Обычно хуже отдельного: у IRF540 по Vishay прямое напряжение до 2,5 В при 28 А, а время обратного восстановления — 180 нс типично. Когда через диод течёт большой ток, MOSFET открывают — канал проводит в обе стороны с меньшим падением. На этом построено синхронное выпрямление.

Источники

  1. Vishay Siliconix. IRF540 Power MOSFET (Document Number 91021, Rev. C, 02-Aug-2021) — Drain-Source Body Diode Characteristics: ток 28 А, импульсный 110 А, VSD до 2,5 В при 28 А, trr 180 нс типично и до 360 нс, Qrr 1,3 мкКл типично
  2. Diodes Incorporated. 2N7002 N-Channel Enhancement Mode Field Effect Transistor (DS11303 Rev. 40-2, July 2024) — прямое напряжение диода 0,78 В типично и до 1,5 В при 115 мА; ток 0,2 А, импульсный 0,5 А

Нашли ошибку?

Смотрите также