Quali sono gli scenari applicativi per i MOSFET?

I MOSFET sono ampiamente utilizzati nei circuiti analogici e digitali e sono strettamente legati alla nostra vita. I vantaggi dei MOSFET sono: il circuito di pilotaggio è relativamente semplice. I MOSFET richiedono molta meno corrente di pilotaggio rispetto ai BJT e di solito possono essere pilotati direttamente da CMOS o collettore aperto Circuiti di pilotaggio TTL. In secondo luogo, i MOSFET commutano più velocemente e possono funzionare a velocità più elevate perché non vi è alcun effetto di accumulo di carica. Inoltre, i MOSFET non dispongono di un meccanismo di guasto per guasto secondario. Maggiore è la temperatura, spesso maggiore è la resistenza, minore è la possibilità di guasto termico, ma anche in un intervallo di temperature più ampio per fornire prestazioni migliori. I MOSFET sono stati utilizzati in un gran numero di applicazioni, nell'elettronica di consumo, nei prodotti industriali, nei prodotti elettromeccanici attrezzature, smartphone e altri prodotti elettronici digitali portatili si possono trovare ovunque.

Analisi del caso applicativo MOSFET

1、Applicazioni di alimentazione a commutazione

Per definizione, questa applicazione richiede che i MOSFET conducano e si spengano periodicamente. Allo stesso tempo, ci sono dozzine di topologie che possono essere utilizzate per la commutazione dell'alimentatore, come l'alimentatore CC-CC comunemente utilizzato nel convertitore buck di base che si basa su due MOSFET per eseguire la funzione di commutazione, questi commutano alternativamente nell'induttore per memorizzare energia, e quindi aprire l'energia al carico. Attualmente, i progettisti scelgono spesso frequenze dell'ordine di centinaia di kHz e anche superiori a 1 MHz, poiché maggiore è la frequenza, più piccoli e leggeri sono i componenti magnetici. I secondi parametri MOSFET più importanti negli alimentatori a commutazione includono la capacità di uscita, la tensione di soglia, l'impedenza di gate e l'energia a valanga.

2, applicazioni di controllo motore

Le applicazioni di controllo motore rappresentano un'altra area di applicazione dell'energiaMOSFET. I tipici circuiti di controllo a mezzo ponte utilizzano due MOSFET (il ponte intero ne utilizza quattro), ma il tempo di inattività dei due MOSFET (tempo morto) è uguale. Per questa applicazione il tempo di recupero inverso (trr) è molto importante. Quando si controlla un carico induttivo (come l'avvolgimento di un motore), il circuito di controllo commuta il MOSFET nel circuito a ponte sullo stato off, a quel punto un altro interruttore nel circuito a ponte inverte temporaneamente la corrente attraverso il diodo body nel MOSFET. Pertanto, la corrente circola di nuovo e continua ad alimentare il motore. Quando il primo MOSFET torna a condurre, la carica immagazzinata nell'altro diodo MOSFET deve essere rimossa e scaricata attraverso il primo MOSFET. Questa è una perdita di energia, quindi più breve è il trr, minore è la perdita.

3, applicazioni automobilistiche

L'uso dei MOSFET di potenza nelle applicazioni automobilistiche è cresciuto rapidamente negli ultimi 20 anni. EnergiaMOSFETè selezionato perché può resistere a fenomeni transitori ad alta tensione causati dai comuni sistemi elettronici automobilistici, come la riduzione del carico e cambiamenti improvvisi nell'energia del sistema, e il suo pacchetto è semplice, utilizzando principalmente pacchetti TO220 e TO247. Allo stesso tempo, applicazioni come alzacristalli elettrici, iniezione di carburante, tergicristalli intermittenti e controllo della velocità di crociera stanno gradualmente diventando standard nella maggior parte delle automobili e nella progettazione sono richiesti dispositivi elettrici simili. Durante questo periodo, i MOSFET di potenza automobilistici si sono evoluti man mano che motori, solenoidi e iniettori di carburante sono diventati più popolari.

I MOSFET utilizzati nei dispositivi automobilistici coprono un'ampia gamma di tensioni, correnti e resistenza. I dispositivi di controllo motore collegano le configurazioni utilizzando modelli con tensione di rottura da 30 V e 40 V, i dispositivi da 60 V vengono utilizzati per azionare carichi in cui è necessario controllare lo scarico improvviso del carico e le condizioni di avviamento con sovratensione e la tecnologia da 75 V è necessaria quando lo standard del settore viene spostato ai sistemi di batterie da 42 V. I dispositivi ad alta tensione ausiliaria richiedono l'uso di modelli da 100 V a 150 V, mentre i dispositivi MOSFET superiori a 400 V vengono utilizzati nelle unità di comando del motore e nei circuiti di controllo per i fari a scarica ad alta intensità (HID).

Le correnti di pilotaggio dei MOSFET automobilistici vanno da 2 A a oltre 100 A, con una resistenza in conduzione che va da 2 mΩ a 100 mΩ. I carichi MOSFET includono motori, valvole, lampade, componenti di riscaldamento, gruppi piezoelettrici capacitivi e alimentatori CC/CC. Le frequenze di commutazione variano tipicamente da 10kHz a 100kHz, con l'avvertenza che il controllo del motore non è adatto per frequenze di commutazione superiori a 20kHz. Altri requisiti importanti sono le prestazioni UIS, le condizioni operative al limite della temperatura di giunzione (da -40 gradi a 175 gradi, a volte fino a 200 gradi) e l'elevata affidabilità oltre la vita dell'auto.

4, lampade a LED e driver delle lanterne

Nella progettazione di lampade e lanterne a LED si utilizzano spesso MOSFET, mentre per i driver a corrente costante LED si utilizza generalmente NMOS. MOSFET di potenza e transistor bipolare sono generalmente diversi. La sua capacità di gate è relativamente grande. Il condensatore deve essere caricato prima della conduzione. Quando la tensione del condensatore supera la tensione di soglia, il MOSFET inizia a condurre. Pertanto, è importante notare durante la progettazione che la capacità di carico del gate driver deve essere sufficientemente grande da garantire che la carica della capacità equivalente del gate (CEI) venga completata entro il tempo richiesto dal sistema.

La velocità di commutazione del MOSFET dipende fortemente dalla carica e scarica della capacità di ingresso. Sebbene l'utente non possa ridurre il valore di Cin, ma può ridurre il valore della resistenza interna Rs della sorgente del segnale del circuito di comando del gate, riducendo così le costanti di tempo di carica e scarica del circuito di gate, per accelerare la velocità di commutazione, la capacità generale di comando del circuito integrato si riflette soprattutto qui, diciamo che la scelta dell'MOSFETsi riferisce ai circuiti integrati a corrente costante del pilotaggio MOSFET esterno. non è necessario prendere in considerazione i circuiti integrati MOSFET integrati. In generale si prenderà in considerazione il MOSFET esterno per correnti superiori a 1A. Per ottenere una capacità di alimentazione LED più ampia e flessibile, il MOSFET esterno è l'unico modo per scegliere, l'IC deve essere pilotato dalla capacità appropriata e la capacità di ingresso del MOSFET è il parametro chiave.