¿Cuáles son los escenarios de aplicación de los MOSFET?

Los MOSFET se utilizan ampliamente en circuitos analógicos y digitales y están estrechamente relacionados con nuestras vidas. Las ventajas de los MOSFET son: el circuito de control es relativamente simple. Los MOSFET requieren mucha menos corriente de accionamiento que los BJT y, por lo general, pueden controlarse directamente mediante CMOS o colector abierto. Circuitos controladores TTL. En segundo lugar, los MOSFET cambian más rápido y pueden funcionar a velocidades más altas porque no hay efecto de almacenamiento de carga. Además, los MOSFET no tienen un mecanismo secundario de falla por avería. Cuanto mayor es la temperatura, a menudo mayor es la resistencia, menor es la posibilidad de ruptura térmica, pero también en un rango de temperatura más amplio para proporcionar un mejor rendimiento. Los MOSFET se han utilizado en una gran cantidad de aplicaciones, en electrónica de consumo, productos industriales, electromecánicos. En todas partes se pueden encontrar equipos electrónicos, teléfonos inteligentes y otros productos electrónicos digitales portátiles.

Análisis de casos de aplicación MOSFET

1 、 aplicaciones de fuente de alimentación conmutada

Por definición, esta aplicación requiere que los MOSFET se realicen y apaguen periódicamente. Al mismo tiempo, hay docenas de topologías que se pueden usar para conmutar la fuente de alimentación, como la fuente de alimentación CC-CC comúnmente utilizada en el convertidor reductor básico que se basa en dos MOSFET para realizar la función de conmutación, estos interruptores se almacenan alternativamente en el inductor. energía y luego abre la energía a la carga. Actualmente, los diseñadores suelen elegir frecuencias de cientos de kHz e incluso superiores a 1 MHz, debido a que cuanto mayor es la frecuencia, más pequeños y ligeros son los componentes magnéticos. Los segundos parámetros MOSFET más importantes en las fuentes de alimentación conmutadas incluyen la capacitancia de salida, el voltaje umbral, la impedancia de la puerta y la energía de avalancha.

2, aplicaciones de control de motores

Las aplicaciones de control de motores son otra área de aplicación de la energía.MOSFET. Los circuitos de control de medio puente típicos utilizan dos MOSFET (el puente completo utiliza cuatro), pero el tiempo de inactividad (tiempo muerto) de los dos MOSFET es igual. Para esta aplicación, el tiempo de recuperación inversa (trr) es muy importante. Al controlar una carga inductiva (como el devanado de un motor), el circuito de control cambia el MOSFET en el circuito puente al estado apagado, momento en el cual otro interruptor en el circuito puente invierte temporalmente la corriente a través del diodo del cuerpo en el MOSFET. Así, la corriente vuelve a circular y continúa alimentando el motor. Cuando el primer MOSFET vuelve a conducir, la carga almacenada en el otro diodo MOSFET debe retirarse y descargarse a través del primer MOSFET. Esta es una pérdida de energía, por lo que cuanto más corto sea el trr, menor será la pérdida.

3, aplicaciones automotrices

El uso de MOSFET de potencia en aplicaciones automotrices ha crecido rápidamente en los últimos 20 años. FuerzaMOSFETSe selecciona porque puede soportar fenómenos transitorios de alto voltaje causados ​​por los sistemas electrónicos automotrices comunes, como deslastre de carga y cambios repentinos en la energía del sistema, y ​​su paquete es simple, utilizando principalmente paquetes TO220 y TO247. Al mismo tiempo, aplicaciones como elevalunas eléctricos, inyección de combustible, limpiaparabrisas intermitentes y control de crucero se están convirtiendo gradualmente en estándar en la mayoría de los automóviles, y se requieren dispositivos eléctricos similares en el diseño. Durante este período, los MOSFET de potencia para automóviles evolucionaron a medida que los motores, solenoides e inyectores de combustible se hicieron más populares.

Los MOSFET utilizados en dispositivos automotrices cubren una amplia gama de voltajes, corrientes y resistencias. Los dispositivos de control de motores unen configuraciones utilizando modelos de voltaje de ruptura de 30 V y 40 V, los dispositivos de 60 V se utilizan para impulsar cargas donde se deben controlar las condiciones de descarga repentina de carga y arranque por sobretensión, y se requiere tecnología de 75 V cuando el estándar de la industria cambia a sistemas de baterías de 42 V. Los dispositivos de alto voltaje auxiliar requieren el uso de modelos de 100 V a 150 V, y los dispositivos MOSFET de más de 400 V se usan en unidades de control de motor y circuitos de control para faros de descarga de alta intensidad (HID).

Las corrientes de accionamiento MOSFET para automóviles varían de 2 A a más de 100 A, con una resistencia de encendido que oscila entre 2 mΩ y 100 mΩ. Las cargas MOSFET incluyen motores, válvulas, lámparas, componentes de calefacción, conjuntos piezoeléctricos capacitivos y fuentes de alimentación CC/CC. Las frecuencias de conmutación suelen oscilar entre 10 kHz y 100 kHz, con la salvedad de que el control del motor no es adecuado para frecuencias de conmutación superiores a 20 kHz. Otros requisitos importantes son el rendimiento del UIS, las condiciones de funcionamiento en el límite de temperatura de la unión (de -40 grados a 175 grados, a veces hasta 200 grados) y una alta confiabilidad más allá de la vida útil del automóvil.

4, controlador de lámparas y linternas LED

En el diseño de lámparas y linternas LED se suele utilizar MOSFET, para el controlador de corriente constante de LED, generalmente se utiliza NMOS. La potencia MOSFET y el transistor bipolar suelen ser diferentes. Su capacitancia de puerta es relativamente grande. El condensador debe cargarse antes de la conducción. Cuando el voltaje del capacitor excede el voltaje umbral, el MOSFET comienza a conducir. Por lo tanto, es importante tener en cuenta durante el diseño que la capacidad de carga del controlador de puerta debe ser lo suficientemente grande como para garantizar que la carga de la capacitancia de puerta equivalente (CEI) se complete dentro del tiempo requerido por el sistema.

La velocidad de conmutación del MOSFET depende en gran medida de la carga y descarga de la capacitancia de entrada. Aunque el usuario no puede reducir el valor de Cin, pero puede reducir el valor de la resistencia interna Rs de la fuente de señal del bucle de la puerta, reduciendo así las constantes de tiempo de carga y descarga del bucle de la puerta, para acelerar la velocidad de conmutación, la capacidad general de la unidad IC se refleja principalmente aquí, decimos que la elección deMOSFETse refiere a los circuitos integrados de corriente constante de la unidad MOSFET externa. No es necesario considerar los circuitos integrados MOSFET integrados. En términos generales, se considerará el MOSFET externo para corrientes superiores a 1A. Para obtener una capacidad de alimentación de LED más grande y más flexible, el MOSFET externo es la única forma de elegir el IC que debe ser controlado por la capacidad adecuada, y la capacitancia de entrada del MOSFET es el parámetro clave.