1. Funzionamento controllato in tensione
A differenza dei transistor a giunzione bipolare (BJT) che sono dispositivi controllati in corrente, i MOSFET di potenza sono controllati in tensione. Questa caratteristica fondamentale offre diversi vantaggi significativi:
- Requisiti semplificati per l'azionamento del cancello
- Minore consumo energetico nel circuito di controllo
- Funzionalità di commutazione più rapide
- Nessun problema di ripartizione secondaria
Figura 1: Requisiti semplificati del gate drive dei MOSFET rispetto ai BJT
2. Prestazioni di commutazione superiori
I MOSFET di potenza eccellono nelle applicazioni di commutazione ad alta frequenza, offrendo numerosi vantaggi rispetto ai BJT tradizionali:
Figura 2: Confronto della velocità di commutazione tra MOSFET e BJT
| Parametro | MOSFET di potenza | BJT |
|---|---|---|
| Velocità di commutazione | Molto veloce (gamma ns) | Moderato (intervallo μs) |
| Perdite di commutazione | Basso | Alto |
| Frequenza di commutazione massima | >1 MHz | ~100kHz |
3. Caratteristiche termiche
I MOSFET di potenza presentano caratteristiche termiche superiori che contribuiscono alla loro affidabilità e prestazioni:
Figura 3: coefficiente di temperatura di RDS(on) nei MOSFET di potenza
- Il coefficiente di temperatura positivo previene la fuga termica
- Migliore condivisione della corrente nel funzionamento in parallelo
- Maggiore stabilità termica
- Area operativa sicura (SOA) più ampia
4. Bassa resistenza allo stato attivo
I moderni MOSFET di potenza raggiungono una resistenza nello stato on (RDS(on)) estremamente bassa, con conseguenti numerosi vantaggi:
Figura 4: miglioramento storico del MOSFET RDS(on)
5. Capacità di parallelo
I MOSFET di potenza possono essere facilmente collegati in parallelo per gestire correnti più elevate, grazie al loro coefficiente di temperatura positivo:
Figura 5: condivisione di corrente nei MOSFET collegati in parallelo
6. Robustezza e affidabilità
I MOSFET di potenza offrono eccellenti caratteristiche di robustezza e affidabilità:
- Nessun fenomeno di guasto secondario
- Diodo nel corpo intrinseco per la protezione dalla tensione inversa
- Eccellente capacità di valanghe
- Elevata capacità dV/dt
Figura 6: Confronto dell'area operativa sicura (SOA) tra MOSFET e BJT
7. Rapporto costo-efficacia
Anche se i singoli MOSFET di potenza potrebbero avere un costo iniziale più elevato rispetto ai BJT, i vantaggi complessivi a livello di sistema spesso si traducono in risparmi sui costi:
- I circuiti di azionamento semplificati riducono il numero dei componenti
- Una maggiore efficienza riduce i requisiti di raffreddamento
- Una maggiore affidabilità riduce i costi di manutenzione
- Le dimensioni più piccole consentono design compatti
8. Tendenze e miglioramenti futuri
I vantaggi dei MOSFET di potenza continuano a migliorare con i progressi tecnologici:
Figura 7: Evoluzione e tendenze future nella tecnologia dei MOSFET di potenza
