Aké sú výhody výkonových MOSFETov?

Výkonové MOSFETy sa stali preferovaným zariadením v aplikáciách modernej výkonovej elektroniky, čím spôsobili revolúciu v priemysle svojimi vynikajúcimi výkonnostnými charakteristikami. Táto komplexná analýza skúma množstvo výhod, vďaka ktorým sú výkonové MOSFETy nepostrádateľné v dnešných elektronických systémoch.

1. Prevádzka riadená napätím

Na rozdiel od bipolárnych tranzistorov (BJT), ktoré sú prúdom riadené zariadenia, výkonové MOSFETy sú riadené napätím. Táto základná vlastnosť ponúka niekoľko významných výhod:

Zjednodušené požiadavky na pohon brány
Nižšia spotreba energie v riadiacom obvode
Rýchlejšie možnosti prepínania
Žiadne obavy zo sekundárnych porúch

Porovnanie obvodov pohonu hradla BJT a MOSFET

Obrázok 1: Zjednodušené požiadavky na pohon brány MOSFETov v porovnaní s BJT

2. Vynikajúci spínací výkon

Výkonové MOSFETy vynikajú vo vysokofrekvenčných spínacích aplikáciách a ponúkajú množstvo výhod oproti tradičným BJT:

Porovnanie rýchlosti prepínania medzi MOSFET a BJT

Obrázok 2: Porovnanie rýchlosti spínania medzi MOSFET a BJT

Parameter	Výkonový MOSFET	BJT
Rýchlosť prepínania	Veľmi rýchly (rozsah ns)	Stredná (rozsah μs)
Prepínacie straty	Nízka	Vysoká
Maximálna spínacia frekvencia	>1 MHz	~100 kHz

3. Tepelné vlastnosti

Výkonové MOSFETy vykazujú vynikajúce tepelné vlastnosti, ktoré prispievajú k ich spoľahlivosti a výkonu:

Tepelné charakteristiky a teplotný koeficient

Obrázok 3: Teplotný koeficient RDS(on) vo výkonových MOSFET

Kladný teplotný koeficient zabraňuje úniku tepla
Lepšie zdieľanie prúdu v paralelnej prevádzke
Vyššia tepelná stabilita
Širšia bezpečná prevádzková oblasť (SOA)

4. Nízky odpor pri zapnutom stave

Moderné výkonové MOSFETy dosahujú extrémne nízky odpor v zapnutom stave (RDS(on)), čo vedie k niekoľkým výhodám:

Historický trend zlepšovania RDS(on).

Obrázok 4: Historické zlepšenie MOSFET RDS (zapnuté)

5. Paralelná schopnosť

Výkonové MOSFETy možno jednoducho pripojiť paralelne, aby zvládli vyššie prúdy vďaka ich kladnému teplotnému koeficientu:

Paralelná prevádzka MOSFETov

Obrázok 5: Zdieľanie prúdu v paralelne zapojených MOSFEToch

6. Robustnosť a spoľahlivosť

Výkonové MOSFETy ponúkajú vynikajúcu odolnosť a spoľahlivosť:

Žiadny sekundárny jav rozpadu
Dióda v tele pre ochranu proti spätnému napätiu
Vynikajúca lavínová schopnosť
Vysoká schopnosť dV/dt

Porovnanie bezpečnej prevádzkovej oblasti

Obrázok 6: Porovnanie bezpečnej prevádzkovej oblasti (SOA) medzi MOSFET a BJT

7. Nákladová efektívnosť

Zatiaľ čo jednotlivé výkonové MOSFETy môžu mať vyššie počiatočné náklady v porovnaní s BJT, ich celkové výhody na úrovni systému často vedú k úsporám nákladov: