Hoe kan het dat een MOSFET minder stroomverbruik door geleidingsverliezen heeft dan een BJT bij schakeltoepassingen?

Een MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) heeft doorgaans minder geleidingsverliezen en minder stroomverbruik dan een BJT (Bipolar Junction Transistor) bij schakeltoepassingen vanwege het inherente werkingsprincipe. MOSFET’s werken door de geleidbaarheid van een kanaal tussen de source- en drainterminals te regelen met behulp van een elektrisch veld dat wordt aangelegd op de gate-terminal. Bij schakeltoepassingen hebben MOSFET’s een zeer hoge ingangsimpedantie, wat betekent dat ze een minimale stroom nodig hebben om de schakeltoestand te regelen. Dit resulteert in lagere geleidingsverliezen omdat de MOSFET minder vermogen dissipeert wanneer deze zich in de volledig ingeschakelde (verzadigings) toestand bevindt, vergeleken met BJT’s, die hogere spanningsdalingen in de aan-toestand hebben en bijgevolg hogere geleidingsverliezen.

MOSFET’s verbruiken minder stroom dan BJT’s, voornamelijk vanwege hun spanningsgestuurde werking en hoge ingangsimpedantie. De poort van een MOSFET werkt als een condensator en heeft een verwaarloosbare stroom nodig om van toestand te wisselen, wat leidt tot een efficiënte regeling met minimale vermogensdissipatie. BJT’s zijn daarentegen stroomgestuurde apparaten die een aanzienlijke basisstroom nodig hebben om in de verzadigingsmodus te komen, wat resulteert in een hoger energieverbruik als gevolg van vereisten voor de basisaandrijving en hogere spanningsdalingen in de staat.

Wanneer MOSFET’s en BJT’s worden vergeleken in termen van schakel- en geleidingsverliezen, vertonen MOSFET’s over het algemeen lagere verliezen. Schakelverliezen in MOSFET’s zijn doorgaans lager omdat ze hogere schakelsnelheden en lagere capaciteiten hebben in vergelijking met BJT’s. Dit vertaalt zich in een verminderde energiedissipatie tijdens de schakelovergangen. Geleidingsverliezen in MOSFET’s zijn ook lager vanwege hun lagere weerstand in de aan-toestand (Rds(on)) wanneer ze volledig zijn ingeschakeld, terwijl BJT’s zelfs in verzadiging een spanningsval (Vce(sat)) over zich heen hebben, wat leidt tot hogere geleidingsverliezen.

MOSFET’s hebben de neiging hoge geleidingsverliezen te hebben, vooral wanneer ze niet volledig zijn ingeschakeld (in het lineaire gebied) of wanneer ze werken met hoge stromen waarbij hun weerstand in de aan-toestand (Rds(on)) aanzienlijk wordt. Onder deze omstandigheden kunnen MOSFET’s meer vermogen in de vorm van warmte afvoeren als gevolg van de spanningsval erover. Moderne MOSFET-ontwerpen en -technologieën zijn er echter op gericht om Rds(on) te minimaliseren om deze verliezen te verminderen, waardoor ze zeer efficiënt worden in veel schakeltoepassingen.

MOSFET’s hebben om verschillende redenen de voorkeur boven BJT’s als schakelelement in converters en andere toepassingen op het gebied van vermogenselektronica. Ten eerste bieden MOSFET’s hogere schakelsnelheden en lagere schakelverliezen dankzij hun capacitieve poortbesturing en minimale vereisten voor poortaandrijving. Ten tweede hebben ze lagere geleidingsverliezen als ze volledig aan staan, dankzij hun lagere weerstand in de aan-stand. Ten derde kunnen MOSFET’s op hogere frequenties werken en hogere stroomdichtheden aan, waardoor ze geschikt zijn voor hoogefficiënte stroomconversie en -regeling. Over het geheel genomen bieden MOSFET’s superieure prestaties op het gebied van efficiëntie, betrouwbaarheid en thermisch beheer in vergelijking met BJT’s, vandaar hun wijdverbreide toepassing in moderne vermogenselektronica.