Các kịch bản ứng dụng cho MOSFET là gì?

MOSFET được sử dụng rộng rãi trong các mạch analog và kỹ thuật số và có liên quan chặt chẽ đến cuộc sống của chúng ta. Ưu điểm của MOSFET là: mạch điều khiển tương đối đơn giản. MOSFET yêu cầu dòng điện điều khiển ít hơn nhiều so với BJT và thường có thể được điều khiển trực tiếp bằng CMOS hoặc bộ thu mở Mạch điều khiển TTL. Thứ hai, MOSFET chuyển đổi nhanh hơn và có thể hoạt động ở tốc độ cao hơn vì không có hiệu ứng lưu trữ điện tích. Ngoài ra, MOSFET không có cơ chế hỏng hóc thứ cấp. Nhiệt độ càng cao, thường thì độ bền càng cao, khả năng xảy ra sự cố nhiệt càng thấp nhưng cũng có phạm vi nhiệt độ rộng hơn để mang lại hiệu suất tốt hơn. MOSFET đã được sử dụng trong rất nhiều ứng dụng, trong điện tử tiêu dùng, sản phẩm công nghiệp, cơ điện thiết bị, điện thoại thông minh và các sản phẩm điện tử kỹ thuật số cầm tay khác có thể được tìm thấy ở khắp mọi nơi.

Phân tích trường hợp ứng dụng MOSFET

1, Ứng dụng chuyển đổi nguồn điện

Theo định nghĩa, ứng dụng này yêu cầu MOSFET hoạt động và tắt định kỳ. Đồng thời, có hàng chục cấu trúc liên kết có thể được sử dụng để chuyển đổi nguồn điện, chẳng hạn như nguồn điện DC-DC thường được sử dụng trong bộ chuyển đổi Buck cơ bản dựa vào hai MOSFET để thực hiện chức năng chuyển mạch, các công tắc này luân phiên trong cuộn cảm để lưu trữ năng lượng, sau đó mở năng lượng cho tải. Hiện nay, các nhà thiết kế thường chọn tần số trong khoảng hàng trăm kHz, thậm chí trên 1 MHz, do tần số càng cao thì các thành phần từ tính càng nhỏ và nhẹ hơn. Các thông số MOSFET quan trọng thứ hai trong việc chuyển đổi nguồn điện bao gồm điện dung đầu ra, điện áp ngưỡng, trở kháng cổng và năng lượng tuyết lở.

2, ứng dụng điều khiển động cơ

Các ứng dụng điều khiển động cơ là một lĩnh vực ứng dụng khác cho năng lượngMOSFET. Các mạch điều khiển nửa cầu điển hình sử dụng hai MOSFET (toàn cầu sử dụng bốn), nhưng thời gian tắt của hai MOSFET (thời gian chết) là bằng nhau. Đối với ứng dụng này, thời gian phục hồi ngược (trr) là rất quan trọng. Khi điều khiển tải cảm ứng (chẳng hạn như cuộn dây động cơ), mạch điều khiển sẽ chuyển MOSFET trong mạch cầu sang trạng thái tắt, lúc đó một công tắc khác trong mạch cầu sẽ tạm thời đảo ngược dòng điện qua diode thân trong MOSFET. Do đó, dòng điện quay trở lại và tiếp tục cung cấp năng lượng cho động cơ. Khi MOSFET đầu tiên hoạt động trở lại, điện tích được lưu trữ trong diode MOSFET khác phải được loại bỏ và xả qua MOSFET đầu tiên. Đây là sự mất mát năng lượng, do đó trr càng ngắn thì tổn thất càng nhỏ.

3, ứng dụng ô tô

Việc sử dụng MOSFET điện trong các ứng dụng ô tô đã phát triển nhanh chóng trong 20 năm qua. Quyền lựcMOSFETđược chọn vì nó có thể chịu được hiện tượng điện áp cao nhất thời do các hệ thống điện tử ô tô thông thường gây ra, chẳng hạn như giảm tải và thay đổi đột ngột về năng lượng hệ thống, đồng thời gói của nó rất đơn giản, chủ yếu sử dụng các gói TO220 và TO247. Đồng thời, các ứng dụng như cửa sổ chỉnh điện, phun nhiên liệu, gạt nước ngắt quãng và kiểm soát hành trình đang dần trở thành tiêu chuẩn trên hầu hết các ô tô và các thiết bị điện tương tự cũng được yêu cầu trong thiết kế. Trong thời kỳ này, MOSFET điện ô tô đã phát triển khi động cơ, cuộn dây và kim phun nhiên liệu trở nên phổ biến hơn.

MOSFET được sử dụng trong các thiết bị ô tô bao gồm nhiều loại điện áp, dòng điện và điện trở. Cấu hình cầu nối của thiết bị điều khiển động cơ sử dụng mô hình điện áp đánh thủng 30V và 40V, thiết bị 60V được sử dụng để điều khiển tải trong đó phải kiểm soát các điều kiện khởi động đột ngột và dỡ tải đột ngột, đồng thời cần có công nghệ 75V khi tiêu chuẩn ngành được chuyển sang hệ thống pin 42V. Các thiết bị điện áp phụ cao yêu cầu sử dụng các mẫu điện áp 100V đến 150V và các thiết bị MOSFET trên 400V được sử dụng trong bộ điều khiển động cơ và mạch điều khiển cho đèn pha phóng điện cường độ cao (HID).

Dòng điều khiển MOSFET ô tô dao động từ 2A đến hơn 100A, với điện trở trong phạm vi từ 2mΩ đến 100mΩ. Tải MOSFET bao gồm động cơ, van, đèn, bộ phận làm nóng, cụm áp điện điện dung và nguồn điện DC/DC. Tần số chuyển đổi thường nằm trong khoảng từ 10kHz đến 100kHz, với lưu ý rằng điều khiển động cơ không phù hợp để chuyển đổi tần số trên 20kHz. Các yêu cầu chính khác là hiệu suất UIS, điều kiện vận hành ở giới hạn nhiệt độ đường giao nhau (-40 độ đến 175 độ, đôi khi lên tới 200 độ) và độ tin cậy cao ngoài tuổi thọ của ô tô.

4, Đèn LED và đèn lồng điều khiển

Trong thiết kế đèn LED và đèn lồng thường sử dụng MOSFET, đối với đèn LED điều khiển dòng không đổi, thường sử dụng NMOS. MOSFET công suất và bóng bán dẫn lưỡng cực thường khác nhau. Điện dung cổng của nó tương đối lớn. Tụ điện cần được sạc trước khi dẫn điện. Khi điện áp tụ vượt quá điện áp ngưỡng, MOSFET bắt đầu dẫn điện. Do đó, điều quan trọng cần lưu ý trong quá trình thiết kế là khả năng tải của bộ điều khiển cổng cần phải đủ lớn để đảm bảo việc sạc điện dung cổng tương đương (CEI) được hoàn thành trong thời gian mà hệ thống yêu cầu.

Tốc độ chuyển mạch của MOSFET phụ thuộc nhiều vào việc sạc và xả điện dung đầu vào. Mặc dù người dùng không thể giảm giá trị của Cin, nhưng có thể giảm giá trị của điện trở trong của nguồn tín hiệu vòng lặp cổng R, do đó làm giảm hằng số thời gian sạc và xả của vòng lặp cổng, để tăng tốc độ chuyển đổi, khả năng điều khiển IC chung chủ yếu được phản ánh ở đây, chúng tôi nói rằng việc lựa chọnMOSFETđề cập đến các IC dòng không đổi của ổ đĩa MOSFET bên ngoài. IC MOSFET tích hợp không cần phải được xem xét. Nói chung, MOSFET bên ngoài sẽ được xem xét đối với dòng điện vượt quá 1A. Để có được công suất nguồn LED lớn hơn và linh hoạt hơn, MOSFET bên ngoài là cách duy nhất để chọn IC cần được điều khiển bởi công suất phù hợp và điện dung đầu vào MOSFET là thông số chính.