Un MOSFET (transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo) presenta in genere perdite di conduzione e consumo energetico inferiori rispetto a un BJT (transistor a giunzione bipolare) nelle applicazioni di commutazione grazie al suo principio di funzionamento intrinseco. I MOSFET funzionano controllando la conduttività di un canale tra i terminali source e drain utilizzando un campo elettrico applicato al terminale gate. Nelle applicazioni di commutazione, i MOSFET hanno un’impedenza di ingresso molto elevata, il che significa che richiedono una corrente minima per controllare lo stato di commutazione. Ciò si traduce in perdite di conduzione inferiori perché il MOSFET dissipa meno potenza quando è nello stato completamente acceso (saturazione) rispetto ai BJT, che hanno cadute di tensione nello stato acceso più elevate e di conseguenza perdite di conduzione più elevate.
I MOSFET consumano meno energia dei BJT principalmente a causa del funzionamento controllato in tensione e dell’elevata impedenza di ingresso. Il gate di un MOSFET agisce come un condensatore e richiede una corrente trascurabile per cambiare stato, garantendo un controllo efficiente con una dissipazione di potenza minima. Al contrario, i BJT sono dispositivi controllati dalla corrente che richiedono una corrente di base significativa per entrare in modalità saturazione, con conseguente consumo energetico più elevato a causa dei requisiti del drive di base e cadute di tensione più elevate nello stato attivo.
Quando si confrontano MOSFET e BJT in termini di perdite di commutazione e di conduzione, i MOSFET generalmente mostrano perdite complessivamente inferiori. Le perdite di commutazione nei MOSFET sono generalmente inferiori perché hanno velocità di commutazione più elevate e capacità inferiori rispetto ai BJT. Ciò si traduce in una ridotta dissipazione di energia durante le transizioni di commutazione. Anche le perdite di conduzione nei MOSFET sono inferiori a causa della loro minore resistenza nello stato attivo (Rds(on)) quando sono completamente accesi, mentre i BJT hanno una caduta di tensione (Vce(sat)) ai loro capi anche in saturazione, portando a perdite di conduzione più elevate.
I MOSFET tendono ad avere perdite di conduzione elevate soprattutto quando non sono completamente accesi (nella regione lineare) o quando funzionano a correnti elevate dove la loro resistenza nello stato attivo (Rds(on)) diventa significativa. In queste condizioni, i MOSFET possono dissipare più potenza sotto forma di calore a causa della caduta di tensione ai loro capi. Tuttavia, i design e le tecnologie moderne dei MOSFET mirano a ridurre al minimo la Rds(on) per ridurre queste perdite, rendendoli altamente efficienti in molte applicazioni di commutazione.
I MOSFET sono preferiti ai BJT come elemento di commutazione nei convertitori e in altre applicazioni di elettronica di potenza per diversi motivi. In primo luogo, i MOSFET offrono velocità di commutazione più elevate e perdite di commutazione inferiori grazie al controllo capacitivo del gate e ai requisiti minimi di pilotaggio del gate. In secondo luogo, hanno perdite di conduzione inferiori quando sono completamente accese, grazie alla loro minore resistenza allo stato attivo. In terzo luogo, i MOSFET possono funzionare a frequenze più elevate e gestire densità di corrente più elevate, rendendoli adatti alla conversione e al controllo di potenza ad alta efficienza. Nel complesso, i MOSFET forniscono prestazioni superiori in termini di efficienza, affidabilità e gestione termica rispetto ai BJT, da qui la loro diffusa adozione nell’elettronica di potenza moderna.