Welche Einsatzszenarien gibt es für MOSFETs?

MOSFETs werden häufig in analogen und digitalen Schaltkreisen verwendet und sind eng mit unserem Leben verbunden. Die Vorteile von MOSFETs sind: Die Ansteuerschaltung ist relativ einfach. MOSFETs benötigen viel weniger Ansteuerstrom als BJTs und können normalerweise direkt über CMOS oder Open Collector angesteuert werden TTL-Treiberschaltungen. Zweitens schalten MOSFETs schneller und können mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten, da es keinen Ladungsspeichereffekt gibt. Darüber hinaus verfügen MOSFETs nicht über einen sekundären Durchbruchmechanismus. Je höher die Temperatur, oft auch die Lebensdauer, desto geringer ist die Möglichkeit eines thermischen Durchschlags, aber auch in einem größeren Temperaturbereich, um eine bessere Leistung zu erzielen. MOSFETs werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, in der Unterhaltungselektronik, in Industrieprodukten und in der Elektromechanik Geräte, Smartphones und andere tragbare digitale elektronische Produkte sind überall zu finden.

MOSFET-Anwendungsfallanalyse

1、Schaltnetzteilanwendungen

Per Definition erfordert diese Anwendung, dass MOSFETs regelmäßig leiten und abschalten. Gleichzeitig gibt es Dutzende Topologien, die zum Schalten von Netzteilen verwendet werden können. Beispielsweise basiert die DC-DC-Stromversorgung, die üblicherweise in grundlegenden Tiefsetzstellern verwendet wird, auf zwei MOSFETs, um die Schaltfunktion auszuführen, wobei diese Schalter abwechselnd in der Induktivität gespeichert werden Energie und öffnen Sie dann die Energie für die Last. Derzeit wählen Entwickler häufig Frequenzen im Bereich von Hunderten von kHz und sogar über 1 MHz, da die magnetischen Komponenten umso kleiner und leichter sind, je höher die Frequenz ist. Zu den zweitwichtigsten MOSFET-Parametern in Schaltnetzteilen gehören Ausgangskapazität, Schwellenspannung, Gate-Impedanz und Lawinenenergie.

2, Motorsteuerungsanwendungen

Motorsteuerungsanwendungen sind ein weiterer Anwendungsbereich für EnergieMOSFETs. Typische Halbbrücken-Steuerschaltungen verwenden zwei MOSFETs (Vollbrücke verwendet vier), aber die Ausschaltzeit (Totzeit) der beiden MOSFETs ist gleich. Für diese Anwendung ist die Reverse Recovery Time (trr) sehr wichtig. Bei der Steuerung einer induktiven Last (z. B. einer Motorwicklung) schaltet die Steuerschaltung den MOSFET in der Brückenschaltung in den Aus-Zustand, woraufhin ein anderer Schalter in der Brückenschaltung vorübergehend den Strom durch die Body-Diode im MOSFET umkehrt. Somit zirkuliert der Strom wieder und treibt den Motor weiterhin an. Wenn der erste MOSFET wieder leitet, muss die in der anderen MOSFET-Diode gespeicherte Ladung entfernt und über den ersten MOSFET entladen werden. Dies ist ein Energieverlust. Je kürzer die Trr, desto geringer der Verlust.

3, Automobilanwendungen

Der Einsatz von Leistungs-MOSFETs in Automobilanwendungen hat in den letzten 20 Jahren rasant zugenommen. LeistungMOSFETwurde ausgewählt, weil es transienten Hochspannungsphänomenen widerstehen kann, die durch die üblichen elektronischen Systeme im Automobilbereich verursacht werden, wie z. B. Lastabwürfen und plötzlichen Änderungen der Systemenergie, und weil sein Gehäuse einfach ist und hauptsächlich TO220- und TO247-Gehäuse verwendet. Gleichzeitig werden Anwendungen wie elektrische Fensterheber, Kraftstoffeinspritzung, intermittierende Scheibenwischer und Tempomat in den meisten Automobilen nach und nach zum Standard, und für die Konstruktion sind ähnliche Leistungsgeräte erforderlich. In dieser Zeit entwickelten sich Leistungs-MOSFETs für Kraftfahrzeuge weiter, da Motoren, Magnetspulen und Kraftstoffeinspritzdüsen immer beliebter wurden.

MOSFETs, die in Automobilgeräten verwendet werden, decken ein breites Spektrum an Spannungen, Strömen und Einschaltwiderständen ab. Motorsteuergeräte überbrücken Konfigurationen mit 30-V- und 40-V-Durchbruchspannungsmodellen, 60-V-Geräte werden zum Antreiben von Lasten verwendet, bei denen plötzliche Lastentladungen und Stoßanlaufbedingungen kontrolliert werden müssen, und 75-V-Technologie ist erforderlich, wenn der Industriestandard auf 42-V-Batteriesysteme umgestellt wird. Geräte mit hoher Hilfsspannung erfordern die Verwendung von 100-V- bis 150-V-Modellen, und MOSFET-Geräte über 400 V werden in Motortreibereinheiten und Steuerkreisen für Hochdruckentladungsscheinwerfer (HID) verwendet.

Die Ansteuerströme für MOSFETs im Automobilbereich liegen zwischen 2 A und über 100 A, der Einschaltwiderstand liegt zwischen 2 mΩ und 100 mΩ. Zu den MOSFET-Lasten gehören Motoren, Ventile, Lampen, Heizkomponenten, kapazitive piezoelektrische Baugruppen und DC/DC-Netzteile. Die Schaltfrequenzen liegen typischerweise zwischen 10 kHz und 100 kHz, mit der Einschränkung, dass die Motorsteuerung nicht für Schaltfrequenzen über 20 kHz geeignet ist. Weitere wichtige Anforderungen sind die UIS-Leistung, Betriebsbedingungen an der Sperrschichttemperaturgrenze (-40 bis 175 Grad, manchmal bis zu 200 Grad) und eine hohe Zuverlässigkeit über die Lebensdauer des Fahrzeugs hinaus.

4, LED-Lampen und Laternen-Treiber

Beim Design von LED-Lampen und Laternen werden häufig MOSFETs verwendet, für LED-Konstantstromtreiber wird im Allgemeinen NMOS verwendet. Leistungs-MOSFET und Bipolartransistor sind normalerweise unterschiedlich. Seine Gate-Kapazität ist relativ groß. Der Kondensator muss vor der Leitung aufgeladen werden. Wenn die Kondensatorspannung die Schwellenspannung überschreitet, beginnt der MOSFET zu leiten. Daher ist es wichtig, beim Design zu beachten, dass die Lastkapazität des Gate-Treibers groß genug sein muss, um sicherzustellen, dass das Laden der äquivalenten Gate-Kapazität (CEI) innerhalb der vom System benötigten Zeit abgeschlossen ist.

Die Schaltgeschwindigkeit des MOSFET hängt stark vom Laden und Entladen der Eingangskapazität ab. Obwohl der Benutzer den Wert von Cin nicht reduzieren kann, kann er den Wert des Innenwiderstands Rs der Gate-Ansteuerschleifensignalquelle verringern und so die Lade- und Entladezeitkonstanten der Gate-Schleife verringern, um die Schaltgeschwindigkeit zu beschleunigen und die allgemeine IC-Ansteuerfähigkeit zu verbessern spiegelt sich hier hauptsächlich wider, wir sagen, dass die Wahl vonMOSFETbezieht sich auf die externen MOSFET-Antriebs-Konstantstrom-ICs. Integrierte MOSFET-ICs müssen nicht berücksichtigt werden. Im Allgemeinen kommt der externe MOSFET bei Strömen über 1A in Betracht. Um eine größere und flexiblere LED-Leistungsfähigkeit zu erhalten, ist der externe MOSFET die einzige Möglichkeit zur Auswahl. Der IC muss mit der entsprechenden Fähigkeit angesteuert werden, und die MOSFET-Eingangskapazität ist der Schlüsselparameter.