W jaki sposób MOSFET ma mniejsze straty przewodzenia i pobór mocy niż BJT w zastosowaniach przełączających?

MOSFET (tranzystor polowy metalowo-tlenkowo-półprzewodnikowy) w zastosowaniach przełączających charakteryzuje się zazwyczaj mniejszymi stratami przewodzenia i zużyciem energii niż BJT (tranzystor bipolarny) w zastosowaniach przełączających ze względu na jego nieodłączną zasadę działania. Tranzystory MOSFET działają poprzez kontrolowanie przewodności kanału pomiędzy zaciskami źródła i drenu za pomocą pola elektrycznego przyłożonego do zacisku bramki. W zastosowaniach przełączających tranzystory MOSFET mają bardzo wysoką impedancję wejściową, co oznacza, że ​​wymagają minimalnego prądu do sterowania stanem przełączania. Skutkuje to niższymi stratami przewodzenia, ponieważ MOSFET rozprasza mniej mocy, gdy jest w stanie pełnego włączenia (nasycenia) w porównaniu z tranzystorami BJT, które charakteryzują się większymi spadkami napięcia w stanie włączenia, a w konsekwencji większymi stratami przewodzenia.

Tranzystory MOSFET zużywają mniej energii niż tranzystory BJT, głównie ze względu na ich działanie sterowane napięciem i wysoką impedancję wejściową. Bramka MOSFET-u działa jak kondensator i wymaga znikomego prądu do przełączania stanów, co prowadzi do wydajnej kontroli przy minimalnym rozpraszaniu mocy. Natomiast BJT to urządzenia sterowane prądem, które wymagają znacznego prądu bazowego, aby przejść w tryb nasycenia, co skutkuje większym zużyciem energii ze względu na wymagania napędu podstawowego i większe spadki napięcia w stanie włączenia.

Porównując tranzystory MOSFET i BJT pod względem strat przełączania i przewodzenia, tranzystory MOSFET generalnie wykazują ogólnie niższe straty. Straty przełączania w tranzystorach MOSFET są zazwyczaj niższe, ponieważ mają one większe prędkości przełączania i niższe pojemności w porównaniu do BJT. Przekłada się to na zmniejszone rozpraszanie energii podczas przejść przełączania. Straty przewodzenia w tranzystorach MOSFET są również niższe ze względu na ich niższą rezystancję w stanie włączenia (Rds(on)) po całkowitym włączeniu, podczas gdy w BJT występuje spadek napięcia (Vce(sat)) nawet w stanie nasycenia, co prowadzi do wyższych strat przewodzenia.

Tranzystory MOSFET mają zwykle wysokie straty przewodzenia, głównie wtedy, gdy nie są w pełni włączone (w obszarze liniowym) lub podczas pracy przy dużych prądach, gdzie ich rezystancja w stanie włączenia (Rds(on)) staje się znacząca. W takich warunkach tranzystory MOSFET mogą rozpraszać więcej mocy w postaci ciepła ze względu na spadek napięcia na nich. Jednakże nowoczesne konstrukcje i technologie MOSFET mają na celu minimalizację Rds(on) w celu zmniejszenia tych strat, co czyni je wysoce wydajnymi w wielu zastosowaniach przełączających.

Tranzystory MOSFET są preferowane w stosunku do BJT jako elementy przełączające w konwerterach i innych zastosowaniach energoelektroniki z kilku powodów. Po pierwsze, tranzystory MOSFET oferują większe prędkości przełączania i mniejsze straty przełączania ze względu na pojemnościową kontrolę bramki i minimalne wymagania dotyczące napędu bramki. Po drugie, mają niższe straty przewodzenia, gdy są w pełni włączone, dzięki niższej rezystancji w stanie włączenia. Po trzecie, tranzystory MOSFET mogą pracować przy wyższych częstotliwościach i obsługiwać większe gęstości prądu, dzięki czemu nadają się do wysokowydajnej konwersji i sterowania mocą. Ogólnie rzecz biorąc, tranzystory MOSFET zapewniają doskonałą wydajność pod względem wydajności, niezawodności i zarządzania temperaturą w porównaniu z tranzystorami BJT, stąd ich powszechne zastosowanie w nowoczesnej energoelektronice.