MOSFET のアプリケーションシナリオは何ですか?

MOSFET はアナログおよびデジタル回路で広く使用されており、私たちの生活に密接に関係しています。MOSFET の利点は、駆動回路が比較的シンプルであることです。MOSFET は BJT よりもはるかに少ない駆動電流を必要とし、通常は CMOS またはオープンコレクタによって直接駆動できます。 TTLドライバー回路。第 2 に、MOSFET は電荷蓄積効果がないため、スイッチングが速くなり、より高速で動作できます。さらに、MOSFET には二次降伏の故障メカニズムがありません。温度が高いほど、多くの場合、耐久性が強くなり、熱破壊の可能性が低くなりますが、より良い性能を提供するためにより広い温度範囲でも使用できます。MOSFET は、家庭用電化製品、工業製品、電気機械など、数多くのアプリケーションで使用されています。機器、スマートフォン、その他のポータブルデジタル電子製品はどこにでもあります。

MOSFETの応用事例分析

1、スイッチング電源用途

定義上、このアプリケーションでは MOSFET が定期的に導通してシャットダウンする必要があります。同時に、スイッチング電源には数十のトポロジを使用できます。たとえば、基本的な降圧コンバータで一般的に使用される DC-DC 電源は、スイッチング機能を実行するために 2 つの MOSFET に依存し、これらのスイッチはインダクタ内で交互に蓄電されます。エネルギーを負荷に開放します。現在、設計者は、周波数が高くなるほど磁気コンポーネントが小さく、軽くなるという事実により、数百 kHz、さらには 1MHz 以上の周波数を選択することがよくあります。スイッチング電源における 2 番目に重要な MOSFET パラメータには、出力容量、しきい値電圧、ゲートインピーダンス、アバランシェエネルギーが含まれます。

2、モーター制御アプリケーション

モーター制御アプリケーションは、電力のもう 1 つのアプリケーション分野ですMOSFET。一般的なハーフブリッジ制御回路は 2 つの MOSFET を使用します (フルブリッジでは 4 つを使用します) が、2 つの MOSFET のオフタイム (デッドタイム) は等しいです。このアプリケーションでは、逆回復時間 (trr) が非常に重要です。誘導性負荷 (モーター巻線など) を制御する場合、制御回路はブリッジ回路の MOSFET をオフ状態に切り替え、その時点でブリッジ回路の別のスイッチが MOSFET のボディダイオードを流れる電流を一時的に反転します。したがって、電流は再び循環し、モーターに電力を供給し続けます。最初の MOSFET が再び導通すると、もう一方の MOSFET ダイオードに蓄えられた電荷が除去され、最初の MOSFET を通して放電されなければなりません。これはエネルギーの損失ですので、trrが短いほど損失は小さくなります。

3、自動車用途

車載アプリケーションにおけるパワー MOSFET の使用は、過去 20 年間で急速に増加しました。力MOSFET負荷遮断やシステムエネルギーの突然の変化など、一般的な車載電子システムによって引き起こされる過渡的な高電圧現象に耐えることができ、パッケージも主に TO220 および TO247 パッケージを使用してシンプルであるため、この製品が選択されました。同時に、パワーウィンドウ、燃料噴射、間欠ワイパー、クルーズコントロールなどのアプリケーションがほとんどの自動車で徐々に標準になりつつあり、設計には同様のパワーデバイスが必要になります。この期間中、モーター、ソレノイド、燃料インジェクターの普及に伴い、自動車用パワー MOSFET が進化しました。

車載デバイスで使用される MOSFET は、広範囲の電圧、電流、オン抵抗をカバーします。モーター制御デバイスは、30V および 40V のブレークダウン電圧モデルを使用したブリッジ構成を使用し、60V デバイスは、突然の負荷解除とサージ開始条件を制御する必要がある負荷の駆動に使用され、業界標準が 42V バッテリーシステムに移行する場合は 75V テクノロジーが必要になります。高補助電圧デバイスには 100V ～ 150V モデルの使用が必要で、400V を超える MOSFET デバイスはエンジンドライバーユニットおよび高輝度放電 (HID) ヘッドランプの制御回路に使用されます。

車載 MOSFET の駆動電流の範囲は 2A ～ 100A 以上で、オン抵抗の範囲は 2mΩ ～ 100mΩ です。 MOSFET 負荷には、モーター、バルブ、ランプ、加熱コンポーネント、容量性圧電アセンブリ、DC/DC 電源が含まれます。スイッチング周波数の範囲は通常 10kHz ～ 100kHz ですが、モーター制御は 20kHz を超えるスイッチング周波数には適していないことに注意してください。その他の主な要件としては、UIS のパフォーマンス、ジャンクション温度制限 (-40 度から 175 度、場合によっては最大 200 度) での動作条件、および自動車の寿命を超えた高い信頼性があります。

4、LEDランプとランタンのドライバー

LED ランプやランタンの設計では MOSFET が使用されることが多く、LED 定電流ドライバーには通常 NMOS が使用されます。パワーMOSFETとバイポーラトランジスタは通常異なります。ゲート容量は比較的大きいです。コンデンサは導通前に充電する必要があります。コンデンサの電圧がしきい値電圧を超えると、MOSFET が導通を開始します。したがって、設計中に、等価ゲート容量 (CEI) の充電がシステムが必要とする時間内に完了するように、ゲートドライバーの負荷容量が十分に大きい必要があることに注意することが重要です。

MOSFET のスイッチング速度は、入力容量の充電と放電に大きく依存します。ユーザーは Cin の値を減らすことはできませんが、ゲート駆動ループ信号源の内部抵抗 Rs の値を減らすことはできます。これにより、ゲートループの充放電時定数が減少し、スイッチング速度が速くなり、一般的な IC の駆動能力が向上します。ここでは主に反映されており、MOSFET外付けMOSFET駆動用定電流ICを指します。内蔵 MOSFET IC を考慮する必要はありません。一般に、1A を超える電流には外付け MOSFET が考慮されます。より大規模でより柔軟な LED 電力能力を得るには、適切な能力で駆動する必要がある IC を選択する唯一の方法は外付け MOSFET であり、MOSFET の入力容量が重要なパラメータです。