1. Działanie sterowane napięciem
W przeciwieństwie do bipolarnych tranzystorów złączowych (BJT), które są urządzeniami sterowanymi prądem, tranzystory MOSFET mocy są sterowane napięciem. Ta podstawowa cecha oferuje kilka znaczących korzyści:
- Uproszczone wymagania dotyczące napędu bramy
- Niższy pobór mocy w obwodzie sterującym
- Szybsze możliwości przełączania
- Brak obaw związanych z awarią wtórną
Rysunek 1: Uproszczone wymagania dotyczące napędu bramki dla tranzystorów MOSFET w porównaniu z BJT
2. Doskonała wydajność przełączania
Tranzystory MOSFET mocy wyróżniają się w zastosowaniach przełączania wysokiej częstotliwości, oferując liczne zalety w porównaniu z tradycyjnymi tranzystorami BJT:
Rysunek 2: Porównanie prędkości przełączania pomiędzy MOSFET i BJT
| Parametr | MOSFET mocy | BJT |
|---|---|---|
| Szybkość przełączania | Bardzo szybki (zasięg ns) | Umiarkowany (zakres μs) |
| Straty przełączające | Niski | Wysoki |
| Maksymalna częstotliwość przełączania | >1 MHz | ~100 kHz |
3. Charakterystyka termiczna
Tranzystory MOSFET mocy charakteryzują się doskonałymi właściwościami termicznymi, które wpływają na ich niezawodność i wydajność:
Rysunek 3: Współczynnik temperaturowy RDS(on) w tranzystorach MOSFET mocy
- Dodatni współczynnik temperaturowy zapobiega ucieczce ciepła
- Lepszy podział prądu w pracy równoległej
- Wyższa stabilność termiczna
- Szerszy bezpieczny obszar działania (SOA)
4. Niska rezystancja w stanie włączenia
Nowoczesne tranzystory MOSFET mocy osiągają wyjątkowo niską rezystancję w stanie włączenia (RDS(on)), co prowadzi do kilku korzyści:
Rysunek 4: Historyczna poprawa MOSFET RDS(on)
5. Możliwość pracy równoległej
Tranzystory MOSFET mocy można z łatwością łączyć równolegle w celu obsługi wyższych prądów, dzięki ich dodatniemu współczynnikowi temperaturowemu:
Rysunek 5: Podział prądu w połączonych równolegle tranzystorach MOSFET
6. Wytrzymałość i niezawodność
Tranzystory MOSFET mocy oferują doskonałą wytrzymałość i niezawodność:
- Brak zjawiska wtórnego rozkładu
- Wbudowana dioda korpusu do ochrony przed napięciem zwrotnym
- Doskonała zdolność lawinowa
- Wysoka wydajność dV/dt
Rysunek 6: Porównanie bezpiecznego obszaru operacyjnego (SOA) pomiędzy MOSFET i BJT
7. Opłacalność
Chociaż poszczególne tranzystory MOSFET mocy mogą mieć wyższy koszt początkowy w porównaniu z tranzystorami BJT, ich ogólne korzyści na poziomie systemu często skutkują oszczędnościami:
- Uproszczone obwody napędowe zmniejszają liczbę komponentów
- Wyższa wydajność zmniejsza wymagania dotyczące chłodzenia
- Wyższa niezawodność zmniejsza koszty konserwacji
- Mniejszy rozmiar umożliwia kompaktowe konstrukcje
8. Przyszłe trendy i ulepszenia
Zalety tranzystorów MOSFET mocy stale się poprawiają wraz z postępem technologicznym:
Rysunek 7: Ewolucja i przyszłe trendy w technologii MOSFET mocy
