Jaké jsou výhody výkonových MOSFETů?

Výkonové MOSFETy se staly preferovaným zařízením v moderních aplikacích výkonové elektroniky a způsobily revoluci v průmyslu svými vynikajícími výkonnostními charakteristikami. Tato komplexní analýza zkoumá četné výhody, díky kterým jsou výkonové MOSFETy v dnešních elektronických systémech nepostradatelné.

1. Provoz řízený napětím

Na rozdíl od bipolárních tranzistorů (BJT), které jsou proudově řízená zařízení, jsou výkonové MOSFETy řízeny napětím. Tato základní vlastnost nabízí několik významných výhod:

Zjednodušené požadavky na pohon brány
Nižší spotřeba energie v řídicím obvodu
Rychlejší možnosti přepínání
Žádné obavy ze sekundární poruchy

Porovnání BJT a MOSFET hradlových obvodů

Obrázek 1: Zjednodušené požadavky na pohon brány u MOSFETů ve srovnání s BJT

2. Vynikající spínací výkon

Výkonové MOSFETy vynikají ve vysokofrekvenčních spínacích aplikacích a nabízejí četné výhody oproti tradičním BJT:

Porovnání rychlosti přepínání mezi MOSFET a BJT

Obrázek 2: Porovnání rychlosti přepínání mezi MOSFET a BJT

Parametr	Výkonový MOSFET	BJT
Rychlost přepínání	Velmi rychlé (rozsah ns)	Střední (rozsah μs)
Spínací ztráty	Nízký	Vysoký
Maximální spínací frekvence	>1 MHz	~100 kHz

3. Tepelné vlastnosti

Výkonové MOSFETy vykazují vynikající tepelné vlastnosti, které přispívají k jejich spolehlivosti a výkonu:

Tepelné charakteristiky a teplotní koeficient

Obrázek 3: Teplotní koeficient RDS(on) ve výkonových MOSFETech

Kladný teplotní koeficient zabraňuje tepelnému úniku
Lepší sdílení proudu v paralelním provozu
Vyšší tepelná stabilita
Širší bezpečná provozní oblast (SOA)

4. Nízký stavový odpor

Moderní výkonové MOSFETy dosahují extrémně nízkého odporu v zapnutém stavu (RDS(on)), což vede k několika výhodám:

Historický trend zlepšování RDS(on).

Obrázek 4: Historické zlepšení MOSFET RDS (zapnuto)

5. Paralelní schopnost

Výkonové MOSFETy lze snadno zapojit paralelně, aby zvládly vyšší proudy díky jejich kladnému teplotnímu koeficientu:

Paralelní provoz MOSFETů

Obrázek 5: Sdílení proudu v paralelně připojených MOSFETech

6. Robustnost a spolehlivost

Výkonové MOSFETy nabízejí vynikající odolnost a spolehlivost:

Žádný sekundární poruchový jev
Inherentní dioda pro ochranu proti zpětnému napětí
Vynikající lavinová schopnost
Vysoká schopnost dV/dt

Porovnání bezpečné provozní oblasti

Obrázek 6: Porovnání bezpečné provozní oblasti (SOA) mezi MOSFET a BJT

7. Efektivita nákladů

Zatímco jednotlivé výkonové MOSFETy mohou mít vyšší počáteční náklady ve srovnání s BJT, jejich celkové výhody na úrovni systému často vedou k úsporám nákladů: