MOSFET, ki se uporablja kot stikalo, nadzoruje tok toka s spreminjanjem napetosti vrat. Uporablja se, ker hitro preklaplja, potrebuje zelo malo vhodnega toka in lahko učinkovito deluje v številnih vezjih.
Preklapljanje MOSFET-a
MOSFET, ki se uporablja kot stikalo, je polprevodniška naprava, ki nadzoruje pretok toka med odtokom in virom z uporabo napetosti na vratih. Vrata določajo, ali pot med odtokom in virom ostane izklopljena ali vklopljena. Ker ima vrata zelo visoko vhodno impedanco, za nadzor preklapljanja potrebujejo zelo malo vhodnega toka. To naredi MOSFET uporaben v vezjih, ki zahtevajo hitro in učinkovito preklapljanje.
Postopek preklapljanja MOSFET-ov
Delovanje preklopa MOSFET-a je odvisno od napetosti med vrati in virom, torej VGS. Ko napetost vrat ostane pod pragom, potrebnim za oblikovanje prevodnega kanala, MOSFET ostane izklopljen in tok ne teče skozi pot odtok-vir. Ko napetost vrat doseže zahtevano raven, se kanal oblikuje in MOSFET se vklopi, kar omogoči pretok toka.
VKLOP in IZKLOP MOSFET stanja
MOSFET stikalo ima dve glavni delovni stanji: IZKLOP in VKLOP.
• V stanju OFF je napetost med vrati in virom prenizka za oblikovanje kanala, zato tok ne more teči med odtokom in virom. V tem stanju MOSFET blokira tok toka.
• V stanju ON je napetost med vrati in virom dovolj visoka, da tvori prevodni kanal. Tok lahko nato teče med odtokom in virom, MOSFET pa ima nizko vklopno upornost.
Vrste in konfiguracije MOSFET stikal
N-kanalni MOSFET
N-kanalni MOSFET je pogost v stikalnih vezjih, ker ima nižjo upornost vklopa. Vklopi se, ko napetost na vratih preseže napetost vira.
P-Channel MOSFET
P-kanalni MOSFET se vklopi, ko je napetost vrat nižja od napetosti vira. Pogosto se uporablja, ko je stikalo nameščeno na napajalni strani vezja.
Preklapljanje na nizki strani
Pri nizkostranskem preklapljanju je MOSFET nameščen med obremenitvijo in maso. Ta postavitev se uporablja z N-kanalnimi MOSFET-i.
Preklapljanje z visoko stranjo
Pri preklapljanju z visoko stranjo je MOSFET nameščen med napajalnikom in obremenitvijo. Ta postavitev se uporablja, kadar je obremenitev še vedno povezana z ozemljitvami.
Parametri glavnega MOSFET stikala
• Nazivna napetost med odtokom in virom je največja napetost, ki jo MOSFET lahko prenese med odtokom in virom.
• Naziv toka kaže, koliko toka lahko MOSFET prenese pod navedenimi pogoji.
• RDS(vklopljen) je upornost odtoka in vira, ko je MOSFET vklopljen. Vpliva na padec napetosti in izgubo prevodnosti.
• Pragovna napetost vrat je napetost med vrati in virom, pri kateri MOSFET začne prevajati. Prikazuje začetek oblikovanja kanala, ne pa popolne preklopne zmogljivosti.
• Naboj vrat je količina naboja, potrebna za spremembo napetosti vrat med preklapljanjem. To vpliva na vedenje pri preklapljanju.
Izguba moči in zaščita MOSFET-a
MOSFET, ki se uporablja kot stikalo, povzroči nekaj izgube moči. Ko je vklopljena, pride do izgube prevodnosti, ker ima naprava še vedno majhno količino vklopnega upora. Med vklopom in izklapljanjem se preklopna izguba pojavi tudi zato, ker se napetost in tok za kratek čas prekrivata, ko MOSFET spremeni stanje.
V resničnih vezjih lahko preklapljanje prav tako izpostavi MOSFET električnim obremenitvam. Induktivne obremenitve lahko povzročijo napetostne sunke, ko je tok nenadoma prekinjen. Ti učinki lahko vplivajo na delovanje naprave in potrebe po zaščiti.
Uporaba MOSFET-a kot stikala
• Uporablja se v napajalnih vezjih za stikanje med pretvorbo napetosti
• Uporabljeno v krmilnih vezjih motorjev za preklapljanje moči za nadzor hitrosti in smeri
• Uporablja se v LED vezjih za preklapljanje obremenitev razsvetljave
• Pogosto v napravah na baterije za učinkovito upravljanje moči
• Uporabljeno v digitalnih in krmilnih vezjih kot elektronska stikala
Primerjava: MOSFET kot stikalo proti BJT kot stikalu
| Vidik | MOSFET kot stikalo | BJT kot stikalo |
|---|---|---|
| Metoda nadzora | Nadzorovano z napetostjo vrat | Nadzorovano z osnovnim tokom |
| Vhodna zahteva | Zahteva zelo malo vhodnega toka | Zahteva neprekinjen osnovni tok |
| Vhodna impedanca | Zelo visoko | Nižje od MOSFET |
| Hitrost preklapljanja | Hitrejše preklapljanje | Počasnejše preklapljanje |
| Izguba moči | Nižja izguba v ON-state v mnogih primerih | Večja izguba zaradi padca napetosti |
| Pogonsko vezje | Preprost pogon napetosti | Potrebuje trenutni pogon |
| Učinkovitost | Običajno višje | Običajno nižji |
| Generiranje toplote | Nižje v mnogih preklopnih aplikacijah | Višje v mnogih preklopnih aplikacijah |
| Primernost za visokofrekvenčno preklapljanje | Bolj primerno | Manj primerno |
| Občutljivost | Bolj občutljiva na statično elektriko | Manj občutljiv na statično elektriko |
| Trenutno krmilno vedenje | Boljše za učinkovito elektronsko preklapljanje | Boljše za delovanje s tokovnim nadzorom |
| Tipična uporaba preklapljanja | Pogosto v hitrih in učinkovitih stikalnih vezjih | Pogosto v preprostih nizkocenovnih stikalnih vezjih |
Zaključek
MOSFET deluje kot stikalo tako, da z napetostjo vrat nadzoruje pot med drenažo in virom. Njegova zmogljivost je odvisna od ustreznega pogona vrat, pravilnih nazivov naprav ter nadzora toplote, izgub in napetostnih obremenitev. Članek prikazuje njegove glavne vrste, vedenje preklapljanja, parametre, aplikacije in primerjavo z BJT preklapljanjem. Razumevanje teh točk pomaga razložiti, kako naprava varno deluje v resničnih vezjih.
Pogosta vprašanja [FAQ]
Kaj počne vratni upor v MOSFET vezju?
Upornik z vrati pomaga nadzorovati hitrost preklapljanja in zmanjšati šum.
Ali prag napetosti na vratih pomeni, da je MOSFET popolnoma vklopljen?
Ne. To pomeni le, da MOSFET začne prevajati.
Zakaj uporabljati logični MOSFET?
Lahko se pravilno vklopi z nizko napetostjo na vratih.
Zakaj so induktivne obremenitve tvegane za MOSFET?
Lahko povzročijo napetostne sunke, ki lahko poškodujejo MOSFET.
Ali temperatura vpliva na zmogljivost MOSFET-a?
Da. Višje temperature lahko povečajo upor in toploto.
Ali je mogoče MOSFET testirati pred uporabo?
Da. Multimeter lahko preveri osnovne napake.
