สถานการณ์การใช้งานสำหรับ MOSFET คืออะไร?

MOSFET ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในวงจรแอนะล็อกและดิจิทัล และมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับชีวิตของเรา ข้อดีของ MOSFET คือ: วงจรขับเคลื่อนค่อนข้างง่าย MOSFET ต้องการกระแสไฟของไดรฟ์น้อยกว่า BJT มาก และโดยปกติสามารถขับเคลื่อนได้โดยตรงด้วย CMOS หรือ open collector วงจรไดรเวอร์ TTL ประการที่สอง MOSFET จะสลับเร็วขึ้นและสามารถทำงานที่ความเร็วที่สูงขึ้นได้ เนื่องจากไม่มีผลในการจัดเก็บประจุ นอกจากนี้ MOSFET ยังไม่มีกลไกความล้มเหลวในการพังทลายรอง ยิ่งอุณหภูมิสูงเท่าใด ความทนทานก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ความเป็นไปได้ที่จะเกิดการสลายตัวเนื่องจากความร้อนก็น้อยลง แต่ยังอยู่ในช่วงอุณหภูมิที่กว้างขึ้นเพื่อให้ประสิทธิภาพดีขึ้นด้วย MOSFET ถูกนำมาใช้ในการใช้งานจำนวนมากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม ระบบเครื่องกลไฟฟ้า อุปกรณ์สมาร์ทโฟนและผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัลแบบพกพาอื่น ๆ สามารถพบได้ทุกที่

 

การวิเคราะห์กรณีการใช้งาน MOSFET

1、 แอปพลิเคชั่นการสลับแหล่งจ่ายไฟ

ตามคำจำกัดความ แอปพลิเคชันนี้ต้องการ MOSFET เพื่อดำเนินการและปิดระบบเป็นระยะ ในเวลาเดียวกัน มีโทโพโลยีมากมายที่สามารถใช้สำหรับการสลับแหล่งจ่ายไฟ เช่น แหล่งจ่ายไฟ DC-DC ที่ใช้กันทั่วไปในตัวแปลงบั๊กพื้นฐานอาศัย MOSFET สองตัวเพื่อทำหน้าที่สลับ สวิตช์เหล่านี้จะสลับกันในตัวเหนี่ยวนำเพื่อจัดเก็บ พลังงานแล้วจึงเปิดพลังงานให้กับโหลด ปัจจุบันนักออกแบบมักเลือกความถี่เป็นร้อย kHz และสูงกว่า 1MHz เนื่องจากความถี่ที่สูงขึ้น ส่วนประกอบแม่เหล็กก็จะเล็กลงและเบาลง พารามิเตอร์ MOSFET ที่สำคัญที่สุดอันดับสองในการจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง ได้แก่ ความจุเอาท์พุต แรงดันไฟฟ้าขีดจำกัด อิมพีแดนซ์เกต และพลังงานหิมะถล่ม

 

2 แอปพลิเคชันควบคุมมอเตอร์

การใช้งานควบคุมมอเตอร์เป็นอีกหนึ่งการใช้งานด้านพลังงานMOSFET- วงจรควบคุมฮาล์ฟบริดจ์ทั่วไปใช้ MOSFET สองตัว (ฟูลบริดจ์ใช้สี่ตัว) แต่เวลาหยุดทำงานของ MOSFET สองตัว (เวลาตาย) เท่ากัน สำหรับแอปพลิเคชันนี้ เวลาการกู้คืนแบบย้อนกลับ (trr) มีความสำคัญมาก เมื่อควบคุมโหลดแบบเหนี่ยวนำ (เช่น ขดลวดมอเตอร์) วงจรควบคุมจะสลับ MOSFET ในวงจรบริดจ์เป็นสถานะปิด ซึ่ง ณ จุดนี้สวิตช์อีกตัวในวงจรบริดจ์จะกลับกระแสชั่วคราวผ่านไดโอดตัวถังใน MOSFET ดังนั้นกระแสจะหมุนเวียนอีกครั้งและยังคงจ่ายไฟให้มอเตอร์ต่อไป เมื่อ MOSFET ตัวแรกทำงานอีกครั้ง ประจุที่เก็บไว้ในไดโอด MOSFET ตัวอื่นจะต้องถูกลบออกและคายประจุผ่าน MOSFET ตัวแรก นี่คือการสูญเสียพลังงาน ดังนั้นยิ่ง trr สั้นลง การสูญเสียก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

 

3 การใช้งานด้านยานยนต์

การใช้ MOSFET กำลังในการใช้งานด้านยานยนต์ได้เติบโตอย่างรวดเร็วในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา พลังมอสเฟตถูกเลือกเนื่องจากสามารถทนต่อปรากฏการณ์ไฟฟ้าแรงสูงชั่วคราวที่เกิดจากระบบอิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ทั่วไป เช่น การปลดภาระและการเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบอย่างกะทันหัน และแพ็คเกจนั้นเรียบง่าย โดยส่วนใหญ่ใช้แพ็คเกจ TO220 และ TO247 ในเวลาเดียวกัน การใช้งานต่างๆ เช่น กระจกไฟฟ้า การฉีดเชื้อเพลิง ที่ปัดน้ำฝนเป็นระยะ และระบบควบคุมความเร็วคงที่ กำลังค่อยๆ กลายมาเป็นมาตรฐานในรถยนต์ส่วนใหญ่ และการออกแบบต้องใช้อุปกรณ์ไฟฟ้าที่คล้ายกัน ในช่วงเวลานี้ MOSFET กำลังของยานยนต์ได้พัฒนาไปเมื่อมอเตอร์ โซลินอยด์ และหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงได้รับความนิยมมากขึ้น

 

MOSFET ที่ใช้ในอุปกรณ์ยานยนต์ครอบคลุมแรงดันไฟฟ้า กระแส และความต้านทานออนที่หลากหลาย อุปกรณ์ควบคุมมอเตอร์เชื่อมโยงการกำหนดค่าโดยใช้รุ่นแรงดันพังทลาย 30V และ 40V อุปกรณ์ 60V ใช้เพื่อขับเคลื่อนโหลดที่ต้องควบคุมสภาวะการขนถ่ายโหลดอย่างกะทันหันและสภาวะการเริ่มต้นไฟกระชาก และจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยี 75V เมื่อเปลี่ยนมาตรฐานอุตสาหกรรมเป็นระบบแบตเตอรี่ 42V อุปกรณ์แรงดันไฟฟ้าเสริมสูงจำเป็นต้องใช้รุ่น 100V ถึง 150V และอุปกรณ์ MOSFET ที่สูงกว่า 400V จะใช้ในชุดขับเครื่องยนต์และวงจรควบคุมสำหรับไฟหน้าแบบคายประจุความเข้มสูง (HID)

 

กระแสไดรฟ์ MOSFET สำหรับยานยนต์มีช่วงตั้งแต่ 2A ถึงมากกว่า 100A โดยมีความต้านทานออนอยู่ในช่วงตั้งแต่ 2mΩ ถึง 100mΩ โหลด MOSFET ประกอบด้วยมอเตอร์ วาล์ว หลอดไฟ ส่วนประกอบทำความร้อน ชุดประกอบเพียโซอิเล็กทริกแบบคาปาซิทีฟ และอุปกรณ์จ่ายไฟ DC/DC โดยทั่วไปการสลับความถี่จะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 10kHz ถึง 100kHz โดยมีข้อแม้ว่าการควบคุมมอเตอร์ไม่เหมาะสำหรับการสลับความถี่ที่สูงกว่า 20kHz ข้อกำหนดหลักอื่นๆ ได้แก่ ประสิทธิภาพของ UIS สภาพการทำงานที่ขีดจำกัดอุณหภูมิทางแยก (-40 องศาถึง 175 องศา บางครั้งสูงถึง 200 องศา) และความน่าเชื่อถือสูงเกินอายุการใช้งานของรถ

 

4, โคมไฟ LED และไดรเวอร์โคมไฟ

ในการออกแบบโคมไฟและโคมไฟ LED มักใช้ MOSFET สำหรับไดรเวอร์กระแสคงที่ของ LED โดยทั่วไปจะใช้ NMOS MOSFET กำลังและทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์มักจะแตกต่างกัน ความจุเกตของมันค่อนข้างใหญ่ จำเป็นต้องชาร์จตัวเก็บประจุก่อนการนำไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุเกินแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ MOSFET จะเริ่มดำเนินการ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่ควรทราบในระหว่างการออกแบบว่า ความสามารถในการรับน้ำหนักของตัวขับเกตต้องมีขนาดใหญ่เพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าการชาร์จความจุเกตเทียบเท่า (CEI) จะเสร็จสิ้นภายในเวลาที่ระบบกำหนด

 

ความเร็วในการเปลี่ยนของ MOSFET ขึ้นอยู่กับการชาร์จและการคายประจุความจุอินพุตเป็นอย่างมาก แม้ว่าผู้ใช้จะไม่สามารถลดค่าของ Cin ได้ แต่สามารถลดค่าของความต้านทานภายในของแหล่งสัญญาณเกตไดรฟ์ลูปได้ ซึ่งช่วยลดค่าคงที่ของการชาร์จของเกตลูปและการปล่อยประจุ เพื่อเร่งความเร็วในการสลับ ความสามารถของไดรฟ์ไอซีทั่วไป ส่วนใหญ่จะสะท้อนให้เห็นที่นี่เราบอกว่าทางเลือกของมอสเฟตหมายถึงไอซีกระแสคงที่ของไดรฟ์ MOSFET ภายนอก ไม่จำเป็นต้องพิจารณา MOSFET IC ในตัว โดยทั่วไป MOSFET ภายนอกจะถูกพิจารณาสำหรับกระแสที่เกิน 1A เพื่อให้ได้ความสามารถด้านพลังงาน LED ที่ใหญ่ขึ้นและยืดหยุ่นมากขึ้น MOSFET ภายนอกเป็นวิธีเดียวในการเลือก IC ที่ต้องขับเคลื่อนด้วยความสามารถที่เหมาะสม และความจุอินพุต MOSFET เป็นพารามิเตอร์หลัก