MOSFET, используемый в качестве переключателя, управляет потоком тока, изменяя напряжение затвора. Он используется потому, что быстро переключается, требует очень мало входного тока и может эффективно работать во многих цепях.
Коммутационная операция MOSFET
MOSFET, используемый в качестве переключателя, — это полупроводниковое устройство, которое управляет течением тока между дренажем и источником путём подачи напряжения затвора. Затвор определяет, останется ли путь между стоком и источником отключённым или включается. Поскольку затвор обладает очень высоким входным сопротивлением, для управления переключением требуется очень мало входного тока. Это делает MOSFET полезным в схемах, требующих быстрой и эффективной коммутации.
Процесс переключения MOSFET
Коммутационное действие MOSFET зависит от напряжения между вратами и источником, или VGS. Когда напряжение затвора остаётся ниже порога, необходимого для образования проводящего канала, MOSFET остаётся выключенным, и ток не проходит по пути дренажа-источника. Когда напряжение затвора достигает необходимого уровня, образуется канал, и включается MOSFET, позволяя току течь.
СОСТОЯНИЯ MOSFET ВКЛЮЧЕНЫ и ВЫКЛЮЧЕНЫ
MOSFET переключатель имеет два основных рабочих состояния: ВЫКЛЮЧЕНО и ВКЛЮЧЕНО.
• В состоянии OFF напряжение между затворами и источником слишком низко для образования канала, поэтому ток не может пройти между стоком и источником. В этом состоянии MOSFET блокирует ток тока.
• В состоянии ON напряжение между затворами и источником достаточно высокое, чтобы образовать проводящий канал. Ток может течь между сливом и источником, а MOSFET имеет низкое сопротивление на включении.
Типы и конфигурации MOSFET переключателей
N-канал MOSFET
N-канальный MOSFET часто используется в коммутационных схемах из-за низкого сопротивления включения. Он включается, когда напряжение затвора превышает напряжение источника.
P-канал MOSFET
P-канал MOSFET включается, когда напряжение затвора ниже исходного напряжения. Часто он используется, когда переключатель установлен на стороне питания в цепи.
Переключение с низкой стороны
При низкобоковой коммутации MOSFET размещается между нагрузкой и землёй. Эта схема используется с N-канальными MOSFET.
Переключение с верхней стороны
В верхнебоковой коммутации MOSFET размещается между блоком питания и нагрузкой. Эта схема применяется, когда нагрузка остаётся подключенной к земле.
Основные параметры переключателя MOSFET
• Номинал напряжения от источника — это максимальное напряжение, которое МОП-транзисторный транзистент может поддерживать между сливом и источником.
• Рейтинг тока показывает, сколько тока MOSFET может содержать при заданных условиях.
• RDS(on) — это сопротивление источника слива при включении МОП-транзистора. Это влияет на падение напряжения и потери проводимости.
• Пороговое напряжение затвора — это напряжение между затворами и источником, при котором начинает проводить MOSFET. Он показывает начало формирования канала, а не полную производительность переключения.
• Заряд затвора — это количество заряда, необходимое для изменения напряжения затвора во время переключения. Это влияет на поведение при переключении.
Потеря питания и защита MOSFET
MOSFET, используемый в качестве переключателя, приводит к некоторым потерям питания. Когда он включён, происходит потеря проводимости, потому что устройство всё ещё имеет небольшое сопротивление включения. При включении и выключении потери при переключении также возникают из-за кратковременного перекрытия напряжения и тока при смене состояния MOSFET.
В реальных цепях коммутация также может подвергать MOSFET электрическим нагрузкам. Индуктивные нагрузки могут создавать скачки напряжения при внезапном прерывании тока. Эти эффекты могут влиять на работу устройства и потребности в защите.
Применение MOSFET как коммутатора
• Используется в цепях питания для переключения при преобразовании напряжения
• Применяется в управляющих цепях мотора для переключения питания с целью управления скоростью и направлением
• Используется в светодиодных цепях для переключения нагрузок освещения
• Часто используется в батарейных устройствах для эффективного управления питанием
• Применяется в цифровых и управляющих цепях как электронные переключатели
Сравнение: MOSFET как коммутатор против BJT как коммутатор
| Аспект | MOSFET как коммутатор | BJT как свитч |
|---|---|---|
| Метод управления | Управляется напряжением затвора | Управляется базовым током |
| Требования к входным данным | Требуется очень мало входного тока | Требуется непрерывный базовый ток |
| Входное сопротивление | Очень высоко | Ниже MOSFET |
| Скорость переключения | Более быстрое переключение | Медленное переключение |
| Потеря питания | Меньшая потеря в штате Онтарио во многих случаях | Большие потери из-за падения напряжения |
| Приводная схема | Простой привод напряжения | Нужен текущий привод |
| Эффективность | Обычно выше | Обычно ниже |
| Генерация тепла | Ниже во многих коммутационных приложениях | Выше во многих коммутационных приложениях |
| Пригодность для высокочастотной коммутации | Более подходящее | Менее подходящее |
| Чувствительность | Более чувствительный к статическому электричеству | Менее чувствительны к статическому электричеству |
| Поведение текущего управления | Лучше для эффективной электронной коммутации | Лучше для работы с контролем тока |
| Типичное использование коммутации | Распространено в быстрых и эффективных коммутационных схемах | Распространено в простых недорогих коммутационных схемах |
Заключение
MOSFET работает как переключатель, управляя путь между сливом и источником с помощью напряжения затвора. Его характеристики зависят от правильного привода затвора, правильных характеристик приборов и контроля тепла, потерь и напряжения. В статье показаны его основные типы, поведение коммутации, параметры, применения и сравнение с коммутацией BJT. Понимание этих моментов помогает объяснить, как устройство безопасно работает в реальных цепях.
Часто задаваемые вопросы [FAQ]
Что делает резистор затвора в схеме MOSFET?
Резистор затвора помогает контролировать скорость переключения и снижать шум.
Означает ли пороговое напряжение на затворе, что MOSFET полностью включён?
Нет. Это означает только, что MOSFET начинает проводить время.
Зачем использовать MOSFET на уровне логики?
Он может нормально включаться при низком напряжении затвора.
Почему индуктивные нагрузки рискованны для MOSFET?
Они могут создавать скачки напряжения, которые могут повредить MOSFET.
Влияет ли температура на работу MOSFET?
Да. Более высокие температуры могут увеличить сопротивление и тепло.
Можно ли протестировать MOSFET перед использованием?
Да. Мультиметр может проверить наличие базовых неисправностей.
