Kapcsolóként használt MOSFET a kapu feszültségének megváltoztatásával szabályozza az áramáramlást. Azért használják, mert gyorsan kapcsolódik, nagyon kevés bemeneti áramot igényel, és sok áramkörben hatékonyan működik.
A MOSFET kapcsolási működése
A kapcsolóként használt MOSFET egy félvezető eszköz, amely kapufeszültség alkalmazásával szabályozza az áramáramlást a lefolyó és a forrás között. A kapu határozza meg, hogy a lefolyó és a forrás közötti út kikapcsolódik-e vagy bekapcsol. Mivel a kapu nagyon magas bemeneti impedanciával rendelkezik, nagyon kevés bemeneti áramra van szükség a kapcsolás vezérléséhez. Ez hasznossá teszi a MOSFET-et olyan áramkörökben, amelyek gyors és hatékony kapcsolást igényelnek.
MOSFET kapcsolási folyamat
A MOSFET kapcsolóhatása a kapu-forrás feszültségtől, vagyis a VGS-től függ. Amikor a kapu feszültsége a vezető csatorna kialakításához szükséges küszöb alatt marad, a MOSFET kikapcsolva marad, és az áram nem folyik át a lefolyóforrás útján. Amikor a kapu feszültsége eléri a szükséges szintet, a csatorna kialakul, és a MOSFET bekapcsol, lehetővé téve az áram áramlását.
MOSFET BE- és KIKAPCSOLT államok
A MOSFET kapcsolónak két fő működési állapota van: KIKAPCSOL és BE.
• KIKAPCSOLT állapotban a kapu-forrás feszültség túl alacsony ahhoz, hogy csatornát alakítson ki, így áram nem folyik a lefolyó és a forrás között. Ebben az állapotban a MOSFET blokkolja az áramáramlást.
• ON állapotban a kapu-forrás feszültség elég magas ahhoz, hogy vezető csatornát alakítson ki. Ezután áram folyhat a lefolyó és a forrás között, és a MOSFET alacsony ellenállású.
MOSFET kapcsolótípusok és konfigurációk
N-csatorna MOSFET
Az N-csatornás MOSFET gyakori kapcsolóáramkörökben, mert alacsonyabb az on-ellenállása. Akkor kapcsol be, amikor a kapu feszültsége meghaladja a forrásfeszültséget.
P-csatorna MOSFET
A P-csatornás MOSFET akkor kapcsol be, amikor a kapu feszültsége alacsonyabb, mint a forrásfeszültség. Gyakran akkor használják, amikor a kapcsolót az áramkör tápfeszültségi oldalán helyezik.
Alacsony oldali kapcsolás
Alacsonyabb oldali kapcsolásban a MOSFET-et a terhelés és a föld közé helyezik. Ezt a beállítást N-csatornás MOSFET-eknél használják.
Magasoldali kapcsolás
Magas oldali kapcsolásban a MOSFET-et a tápegység és a terhelés közé helyezik. Ezt a beállítást akkor használják, amikor a teher a földhöz van csatlakoztatva.
Fő MOSFET kapcsoló paraméterek
• A lefolyóforrás feszültségértéke a maximális feszültség, amelyet a MOSFET képes kezelni a lefolyó és a forrás között.
• Az áramérték azt mutatja, mennyi áramot tud a MOSFET megjelölt körülmények között kibírni.
• RDS(on) a lefolyóforrás ellenállása, amikor a MOSFET bekapcsolt. Ez befolyásolja a feszültségesést és a vezetési veszteséget.
• A kapuküszöbfeszültség az a kapu-forrás feszültség, amelynél a MOSFET elkezd vezetni. Ez a csatorna kialakulásának kezdetét mutatja, nem a teljes kapcsolási teljesítményt.
• A kapu töltés az a mennyiségű töltés, amely a kapu feszültségének megváltoztatásához szükséges a kapcsolás során. Ez befolyásolja a váltási viselkedést.
MOSFET áramkiesés és védelem
Egy MOSFET, amit kapcsolóként használnak, némi áramvesztést okoz. Amikor be van kapcsolva, a vezetőképesség elvesztése azért történik, mert az eszköznek még mindig van kis bekapcsolási ellenállása. Kapcsolás és kikapcsolás során a kapcsolási veszteség is előfordulhat, mert a feszültség és az áram rövid időre átfedésben áll, amikor a MOSFET állapotát váltja.
Valós áramkörökben a kapcsolás elektromos terhelésnek is kitéve a MOSFET-et. Az induktív terhelések feszültségugrásokat okozhatnak, amikor az áram hirtelen megszakad. Ezek a hatások befolyásolhatják az eszköz működését és védelmét.
A MOSFET kapcsolóként való alkalmazásai
• Tápellátási áramkörökben használják feszültségátalakítás során történő kapcsoláshoz
• Motorvezérlő áramkörökben alkalmazzák a sebesség- és irányszabályozás teljesítményének kapcsolására
• LED áramkörökben használják világítási terhelések kapcsolására
• Gyakori elemmel működő eszközökben a hatékony energia-szabályozás érdekében
• Digitális és vezérlőáramkörökben alkalmazzák elektronikus kapcsolóként
Összehasonlítás: MOSFET mint Switch vs BJT mint Switch
| Aspektus | MOSFET mint Switch | BJT mint Switch |
|---|---|---|
| Vezérlési módszer | Kapufeszültség vezérelte | Alapáram által vezérelt |
| Bemeneti követelmény | Nagyon kevés bemeneti áramot igényel | Folyamatos alapáram szükséges: |
| Bemeneti impedancia | Nagyon magas | Alacsonyabb, mint a MOSFET |
| Kapcsolási sebesség | Gyorsabb kapcsolás | Lassabb kapcsolás |
| Teljesítményveszteség | Sok esetben alacsonyabb ON-state veszteség | Nagyobb veszteség a feszültségesés miatt |
| Hajtási áramkör | Egyszerű feszültséghajtás | Szükség van aktuális meghajtóra |
| Hatékonyság | Általában magasabb | Általában alacsonyabb |
| Hőtermelés | Alacsonyabb sok kapcsoló alkalmazásban | Magasabb sok kapcsoló alkalmazásban |
| Alkalmasság nagyfrekvenciás kapcsolásra | Megfelelőbb | Kevésbé alkalmas |
| Érzékenység | Érzékenyebb a statikus elektromosságra | Kevésbé érzékeny a statikus elektromosságra |
| Jelenlegi vezérlési viselkedés | Jobb a hatékony elektronikus kapcsoláshoz | Jobb áramvezérlésű működéshez |
| Tipikus kapcsolási felhasználás | Gyakori gyors és hatékony kapcsolási áramkörökben | Gyakori egyszerű, alacsony költségű kapcsolóáramkörökben |
Összegzés
A MOSFET kapcsolóként működik, amely a lefolyó és a forrás közötti útvonalat a kapu feszültséggel szabályozza. Teljesítménye a megfelelő kapuhajtástól, a megfelelő készülék besorolástól, valamint a hő, veszteségek és feszültségfeszültség szabályozásától függ. A cikk bemutatja a fő típusokat, a kapcsolási viselkedést, paramétereket, alkalmazásokat és összehasonlítást a BJT kapcsolással. Ezeknek a pontoknak a megértése segít megmagyarázni, hogyan működik biztonságosan az eszköz valódi áramkörökben.
Gyakran Ismételt Kérdések [GYIK]
Mit csinál egy kapuellenállás egy MOSFET áramkörben?
A kapu ellenállás segít szabályozni a kapcsolási sebességet és csökkenteni a zajt.
A kapu küszöbfeszültsége azt jelenti, hogy a MOSFET teljesen be van kapcsolva?
Nem. Ez csak azt jelenti, hogy a MOSFET elkezd vezetni.
Miért használunk logikai szintű MOSFET-et?
Alacsony kapu feszültséggel rendesen be tud kapcsolni.
Miért kockázatosak az induktív terhelések egy MOSFET számára?
Feszültségkiugrásokat okozhatnak, amelyek károsíthatják a MOSFET-et.
Befolyásolja a hőmérséklet a MOSFET teljesítményét?
Igen. A magasabb hőmérséklet növelheti az ellenállást és a hőt.
Tesztelhető-e a MOSFET használat előtt?
Igen. A multiméter képes ellenőrizni az alapvető hibákat.
