מהם תרחישי היישום עבור MOSFETs?

MOSFETs נמצאים בשימוש נרחב במעגלים אנלוגיים ודיגיטליים וקשורים קשר הדוק לחיינו. היתרונות של MOSFETs הם: מעגל ההנעה פשוט יחסית. MOSFETs דורשים הרבה פחות זרם כונן מאשר BJTs, ובדרך כלל ניתן להניע אותם ישירות על ידי CMOS או קולט פתוח מעגלי דרייבר של TTL. שנית, MOSFETs עוברים מהר יותר ויכולים לפעול במהירויות גבוהות יותר מכיוון שאין אפקט של אחסון טעינה. בנוסף, ל-MOSFETs אין מנגנון כשל משני. ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, לרוב הסיבולת חזקה יותר, הסיכוי להתמוטטות תרמית נמוכה יותר, אך גם בטווח טמפרטורות רחב יותר כדי לספק ביצועים טובים יותר. נעשה שימוש במכשירי MOSFET במספר רב של יישומים, במוצרי צריכה, מוצרים תעשייתיים, אלקטרומכניים ניתן למצוא ציוד, טלפונים חכמים ומוצרים אלקטרוניים דיגיטליים ניידים אחרים בכל מקום.

 

ניתוח מקרה של יישום MOSFET

1, החלפת יישומי ספק כוח

בהגדרה, יישום זה מחייב מכשירי MOSFET להתנהל ולכבות מעת לעת. יחד עם זאת, ישנן עשרות טופולוגיות שניתן להשתמש בהן למיתוג אספקת חשמל, כגון ספק כוח DC-DC בשימוש נפוץ בממיר ה-buck הבסיסי מסתמך על שני MOSFETs לביצוע פונקציית המיתוג, מתגים אלו לסירוגין במשרן לאחסון אנרגיה, ולאחר מכן פתח את האנרגיה לעומס. כיום, מעצבים בוחרים לרוב בתדרים במאות קילו-הרץ ואף מעל 1 מגה-הרץ, בשל העובדה שככל שהתדר גבוה יותר, כך הרכיבים המגנטיים קטנים וקלים יותר. פרמטרי ה-MOSFET השני בחשיבותו במיתוג ספקי כוח כוללים קיבול מוצא, מתח סף, עכבת שער ואנרגיית מפולת.

 

2, יישומי בקרת מנוע

יישומי בקרת מנוע הם אזור יישום נוסף עבור כוחMOSFETs. מעגלי בקרה טיפוסיים של חצי גשר משתמשים בשני MOSFET (גשר מלא משתמש בארבעה), אבל שני MOSFETs זמן השבתה (זמן מת) שווים. עבור יישום זה, זמן ההתאוששות ההפוכה (trr) חשוב מאוד. בעת שליטה בעומס אינדוקטיבי (כגון פיתול מנוע), מעגל הבקרה מעביר את ה-MOSFET במעגל הגשר למצב כבוי, ובשלב זה מתג נוסף במעגל הגשר הופך זמנית את הזרם דרך דיודת הגוף ב-MOSFET. לפיכך, הזרם מסתובב שוב וממשיך להפעיל את המנוע. כאשר ה-MOSFET הראשון מוליך שוב, יש להסיר את המטען המאוחסן בדיודת ה-MOSFET האחרת ולפרוק דרך ה-MOSFET הראשון. זהו אובדן אנרגיה, כך שככל שה-trr קצר יותר, כך ההפסד קטן יותר.

 

3, יישומי רכב

השימוש ב-MOSFETs כוח ביישומי רכב גדל במהירות במהלך 20 השנים האחרונות. כּוֹחַMOSFETנבחר מכיוון שהוא יכול לעמוד בתופעות של מתח גבוה חולפות הנגרמות על ידי מערכות אלקטרוניות נפוצות לרכב, כמו הפחתת עומסים ושינויים פתאומיים באנרגיית המערכת, והחבילה שלו פשוטה, בעיקר באמצעות חבילות TO220 ו-TO247. במקביל, יישומים כמו חלונות חשמליים, הזרקת דלק, מגבים לסירוגין ובקרת שיוט הופכים בהדרגה לסטנדרט ברוב המכוניות, ונדרשים התקני כוח דומים בתכנון. במהלך תקופה זו, MOSFETs כוח רכבים התפתחו כאשר מנועים, סולנואידים ומזרקי דלק הפכו פופולריים יותר.

 

MOSFETs המשמשים במכשירי רכב מכסים מגוון רחב של מתחים, זרמים והתנגדות הפעלה. התקני בקרת מנוע מגשרים בין תצורות באמצעות מודלים של מתח פירוק של 30V ו-40V, התקני 60V משמשים להנעת עומסים שבהם יש לשלוט בתנאי פריקת עומס פתאומיות והתנעת נחשולים, וטכנולוגיית 75V נדרשת כאשר התקן בתעשייה מועבר למערכות סוללה 42V. התקני מתח עזר גבוה דורשים שימוש בדגמי 100V עד 150V, והתקני MOSFET מעל 400V משמשים ביחידות נהג מנוע ומעגלי בקרה עבור פנסי פריקה בעוצמה גבוהה (HID).

 

זרמי כונן MOSFET לרכב נעים בין 2A למעל 100A, עם התנגדות הפעלה הנעה בין 2mΩ ל-100mΩ. עומסי MOSFET כוללים מנועים, שסתומים, מנורות, רכיבי חימום, מכלולים פיזואלקטריים קיבוליים וספקי כוח DC/DC. תדרי מיתוג נעים בדרך כלל בין 10kHz ל-100kHz, עם האזהרה שבקרת המנוע אינה מתאימה להחלפת תדרים מעל 20kHz. דרישות מרכזיות נוספות הן ביצועי UIS, תנאי הפעלה בגבול טמפרטורת הצומת (-40 מעלות עד 175 מעלות, לפעמים עד 200 מעלות) ואמינות גבוהה מעבר לחיי המכונית.

 

4, נהג מנורות לד ופנסים

בעיצוב של מנורות LED ופנסים לעתים קרובות להשתמש MOSFET, עבור נהג LED זרם קבוע, בדרך כלל להשתמש NMOS. הספק MOSFET וטרנזיסטור דו קוטבי הוא בדרך כלל שונה. קיבול השער שלו גדול יחסית. יש לטעון את הקבל לפני ההולכה. כאשר מתח הקבל עולה על מתח הסף, ה-MOSFET מתחיל להוליך. לכן, חשוב לציין במהלך התכנון כי קיבולת העומס של דרייבר השער צריכה להיות גדולה מספיק כדי להבטיח שהטעינה של קיבול השער המקביל (CEI) תושלם בתוך הזמן הנדרש על ידי המערכת.

 

מהירות המעבר של ה-MOSFET תלויה מאוד בטעינה ופריקה של קיבול הקלט. למרות שהמשתמש לא יכול להפחית את הערך של Cin, אבל יכול להפחית את הערך של מקור האות של לולאת כונן השער ההתנגדות הפנימית Rs, ובכך להפחית את קבועי הטעינה והפריקה של לולאת השער, כדי להאיץ את מהירות המיתוג, יכולת כונן ה-IC הכללית באה לידי ביטוי בעיקר כאן, אנו אומרים שהבחירה שלMOSFETמתייחס ל-ICs עם זרם קבוע של כונן MOSFET החיצוני. אין צורך להתייחס למחשבי MOSFET מובנים. באופן כללי, ה-MOSFET החיצוני ייחשב עבור זרמים העולים על 1A. על מנת לקבל יכולת כוח LED גדולה וגמישה יותר, ה-MOSFET החיצוני הוא הדרך היחידה לבחור את ה-IC צריך להיות מונע על ידי היכולת המתאימה, וקיבול הקלט של MOSFET הוא הפרמטר המרכזי.