Jakie są scenariusze zastosowań tranzystorów MOSFET?

Tranzystory MOSFET są szeroko stosowane w obwodach analogowych i cyfrowych i są ściśle związane z naszym życiem. Zaletami tranzystorów MOSFET są: obwód napędowy jest stosunkowo prosty. Tranzystory MOSFET wymagają znacznie mniejszego prądu sterującego niż BJT i ​​zwykle mogą być sterowane bezpośrednio przez CMOS lub otwarty kolektor Obwody sterownika TTL. Po drugie, tranzystory MOSFET przełączają się szybciej i mogą pracować z większymi prędkościami, ponieważ nie występuje efekt magazynowania ładunku. Ponadto tranzystory MOSFET nie mają mechanizmu wtórnego uszkodzenia. Im wyższa temperatura, często większa wytrzymałość, tym mniejsza możliwość przebicia termicznego, ale także w szerszym zakresie temperatur, aby zapewnić lepszą wydajność. Tranzystory MOSFET są wykorzystywane w wielu zastosowaniach, w elektronice użytkowej, produktach przemysłowych, elektromechanice sprzęt, smartfony i inne przenośne cyfrowe produkty elektroniczne można znaleźć wszędzie.

Analiza przypadku aplikacji MOSFET

1, przełączanie zastosowań zasilania

Z definicji ta aplikacja wymaga okresowego przewodzenia i wyłączania tranzystorów MOSFET. Jednocześnie istnieją dziesiątki topologii, które można wykorzystać do przełączania zasilania, np. zasilacz DC-DC powszechnie stosowany w podstawowym konwerterze buck opiera się na dwóch tranzystorach MOSFET do wykonywania funkcji przełączania, przełączniki te naprzemiennie w cewce indukcyjnej w celu przechowywania energię, a następnie otwórz energię na obciążenie. Obecnie projektanci często wybierają częstotliwości rzędu setek kHz, a nawet powyżej 1 MHz, gdyż im wyższa częstotliwość, tym mniejsze i lżejsze elementy magnetyczne. Drugimi najważniejszymi parametrami MOSFET-ów w zasilaczach impulsowych są pojemność wyjściowa, napięcie progowe, impedancja bramki i energia lawinowa.

2, aplikacje do sterowania silnikiem

Kolejnym obszarem zastosowań w zakresie zasilania są aplikacje do sterowania silnikamiMOSFETy. Typowe półmostkowe obwody sterujące wykorzystują dwa tranzystory MOSFET (pełny mostek wykorzystuje cztery), ale czas wyłączenia dwóch tranzystorów MOSFET (czas martwy) jest równy. W przypadku tego zastosowania bardzo ważny jest czas odzyskiwania wstecznego (trr). Podczas sterowania obciążeniem indukcyjnym (takim jak uzwojenie silnika) obwód sterujący przełącza MOSFET w obwodzie mostka do stanu wyłączenia, w którym to momencie inny przełącznik w obwodzie mostka tymczasowo odwraca prąd płynący przez diodę korpusu w MOSFET. W ten sposób prąd ponownie krąży i nadal zasila silnik. Kiedy pierwszy MOSFET ponownie przewodzi, ładunek zgromadzony w drugiej diodzie MOSFET musi zostać usunięty i rozładowany przez pierwszy MOSFET. Jest to strata energii, więc im krótszy trr, tym mniejsza strata.

3, zastosowania motoryzacyjne

W ciągu ostatnich 20 lat zastosowanie tranzystorów MOSFET mocy w zastosowaniach motoryzacyjnych gwałtownie wzrosło. MocMOSFETzostał wybrany, ponieważ może wytrzymać przejściowe zjawiska wysokiego napięcia powodowane przez powszechne samochodowe systemy elektroniczne, takie jak odciążanie i nagłe zmiany energii systemu, a jego obudowa jest prosta, głównie przy użyciu pakietów TO220 i TO247. Jednocześnie aplikacje takie jak elektrycznie sterowane szyby, wtrysk paliwa, wycieraczki z pracą przerywaną i tempomat stopniowo stają się standardem w większości samochodów, a w projektowaniu wymagane są podobne urządzenia zasilające. W tym okresie tranzystory MOSFET mocy w samochodach ewoluowały wraz ze wzrostem popularności silników, elektromagnesów i wtryskiwaczy paliwa.

Tranzystory MOSFET stosowane w urządzeniach motoryzacyjnych obejmują szeroki zakres napięć, prądów i rezystancji. Urządzenia sterujące silnikiem łączą konfiguracje wykorzystujące modele z napięciem przebicia 30 V i 40 V, urządzenia 60 V są używane do napędzania obciążeń, gdzie należy kontrolować warunki nagłego rozładowania obciążenia i udarowego rozruchu, a technologia 75 V jest wymagana, gdy standard branżowy zostaje przesunięty na systemy akumulatorów 42 V. Urządzenia o wysokim napięciu pomocniczym wymagają stosowania modeli o napięciu od 100 V do 150 V, a urządzenia MOSFET o napięciu powyżej 400 V są stosowane w jednostkach sterujących silnika i obwodach sterujących reflektorów wyładowczych dużej intensywności (HID).

Prądy napędu MOSFET w samochodach mieszczą się w zakresie od 2 A do ponad 100 A, a rezystancja włączenia waha się od 2 mΩ do 100 mΩ. Obciążenia MOSFET obejmują silniki, zawory, lampy, elementy grzewcze, pojemnościowe zespoły piezoelektryczne i zasilacze DC/DC. Częstotliwości przełączania zazwyczaj mieszczą się w zakresie od 10 kHz do 100 kHz, z zastrzeżeniem, że sterowanie silnikiem nie jest odpowiednie dla częstotliwości przełączania powyżej 20 kHz. Inne główne wymagania to wydajność UIS, warunki pracy w granicznej temperaturze skrzyżowania (od -40 stopni do 175 stopni, czasami do 200 stopni) oraz wysoka niezawodność wykraczająca poza żywotność samochodu.

4, sterownik lamp i latarni LED

W projektowaniu lamp i latarni LED często stosuje się MOSFET, w przypadku sterowników prądu stałego LED zwykle stosuje się NMOS. Moc MOSFET i tranzystor bipolarny jest zwykle inna. Pojemność bramki jest stosunkowo duża. Kondensator należy naładować przed przewodzeniem. Kiedy napięcie kondensatora przekroczy napięcie progowe, MOSFET zaczyna przewodzić. Dlatego też podczas projektowania należy zwrócić uwagę, że obciążalność sterownika bramki musi być wystarczająco duża, aby zapewnić zakończenie ładowania równoważnej pojemności bramki (CEI) w czasie wymaganym przez system.

Szybkość przełączania MOSFET-u jest w dużym stopniu zależna od ładowania i rozładowywania pojemności wejściowej. Chociaż użytkownik nie może zmniejszyć wartości Cin, ale może zmniejszyć wartość rezystancji wewnętrznej źródła sygnału pętli sterującej bramki Rs, zmniejszając w ten sposób stałe czasowe ładowania i rozładowywania pętli bramki, aby przyspieszyć prędkość przełączania, ogólne możliwości napędu IC znajduje to głównie odzwierciedlenie tutaj, mówimy, że wybórMOSFETodnosi się do zewnętrznych układów scalonych stałoprądowych napędu MOSFET. wbudowane układy MOSFET nie muszą być brane pod uwagę. Ogólnie rzecz biorąc, zewnętrzny MOSFET będzie brany pod uwagę przy prądach przekraczających 1A. Aby uzyskać większą i bardziej elastyczną moc diod LED, zewnętrzny MOSFET to jedyny sposób, aby wybrać układ scalony, który musi być sterowany odpowiednią wydajnością, a pojemność wejściowa MOSFET jest kluczowym parametrem.