Cách MOSFET Công Suất Đạt Được Hiệu Quả Cao Hơn Trong Điện Tử Công Suất

Các ứng dụng điện tử hiện đại đòi hỏi tần số chuyển mạch cao để đạt được hiệu quả cao tương ứng. MOSFET công suất là một thành phần quan trọng trong các ứng dụng sử dụng nhiều năng lượng. Chúng cung cấp phí cổng tương đối thấp, phù hợp cho các trường hợp sử dụng công suất trung bình và cao. Phí cổng thấp hơn này làm giảm các yêu cầu về dòng điện dẫn động, cho phép tần số cao và hiệu suất cao hơn. 

Bài viết này khám phá những lợi ích của MOSFET công suất trung bình trong các ứng dụng khác nhau, những hạn chế của chúng và những cân nhắc khi lựa chọn. 

Vai trò của MOSFETs trong các ứng dụng điện tử

Các MOSFET nguồn thường được phân loại theo điện áp đánh thủng của chúng. Không giống như các MOSFET công suất cao và rất cao, có dải điện áp đánh thủng lần lượt là 400 – 650 V và > 700 V, điện áp đánh thủng của MOSFET công suất trung bình nằm trong khoảng từ 30 V đến 350 V, cung cấp phí cổng thấp và bật – trở xuống 2,6 mΩ (30 V). Do đó, nhiều nhà thiết kế kết hợp MOSFET công suất trung bình vào thiết kế hệ thống điện của họ. 

MOSFETs nguồn có phạm vi sự cố điện áp thấp hơn hỗ trợ tốc độ chuyển mạch cao hơn. Một ví dụ về điều này là dòng MOSFETs công suất thế hệ thứ 6 của ROHM. Chúng thường có sẵn ở cả phiên bản kênh n và kênh p và cung cấp tần số chuyển mạch lên đến 100 kHz. Việc tích hợp MOSFET công suất vào PCB là rất quan trọng để có tốc độ chuyển mạch cao và hiệu suất ở điện áp thấp hơn khi so sánh với các thiết bị bán dẫn khác như thyristor và IGBT, giảm đáng kể tổn thất năng lượng và thời gian khôi phục ngược lại.

Lợi ích và hạn chế của MOSFETs công suất

MOSFETs công suất cung cấp một số lợi ích cho một loạt các ứng dụng. Những lợi ích này bao gồm:

• Giá thấp
• Kích thước nhỏ gọn để dễ dàng tích hợp với các thiết bị điện tử công suất
• Nâng cao tốc độ chuyển đổi
• Hoạt động ở tần số chuyển mạch cao (giảm tổn thất năng lượng)
• Mạch điều khiển cổng đơn giản
• Ổn định nhiệt do hệ số công suất không âm
• Điện trở thấp (giúp hạn chế tổn thất điện năng)
• Không yêu cầu mạch phụ để chuyển mạch 

Tuy nhiên, các MOSFET công suất bị giới hạn bởi khả năng chặn của chúng, điều này không đối xứng. Điều này bảo vệ chúng khỏi sự gia tăng điện áp thuận, nhưng cũng khiến chúng dễ bị ảnh hưởng bởi điện áp ngược. Do đó, chúng yêu cầu một diode bổ sung để bảo vệ chống xung điện áp ngược. 

MOSFETs công suất trong các ứng dụng công nghiệp

MOSFET công suất thường được sử dụng trong các ứng dụng có yêu cầu điện áp trong ngưỡng 350 V. Chất lượng điện trở bật thấp của chúng đặc biệt hấp dẫn đối với hầu hết các ứng dụng. Chúng giảm tiêu hao điện năng, đảm bảo giảm chi phí, kích thước và khả năng làm mát cần thiết, dẫn đến cải tiến toàn diện trong hệ thống điện điện tử. Một số ứng dụng công nghiệp sử dụng MOSFETs nguồn bao gồm chuyển mạch tải, bộ chuyển đổi DC/ DC, bộ nguồn và điều khiển động cơ điện áp thấp.

Các yếu tố cần xem xét khi chọn MOSFET công suất

Sau đây là những cân nhắc cần thiết để chọn MOSFET công suất cho các ứng dụng công suất cao:

• Loại kênh
• Điện áp từ nguồn đến nguồn tối đa
• Khả năng chống thoát nước vào nguồn
• Gói/ trường hợp
• Ngưỡng điện áp cổng
• Dòng xả DC tối đa
• Phụ trách cổng

 Loại kênh

Điều này đề cập đến bản chất cấu tạo của silicon được đưa vào thiết bị. MOSFET công suất kênh BẬT với điện áp dương trên cổng so với nguồn trong khi MOSFET công suất kênh p BẬT với điện áp nguồn âm ở cổng. Biết vị trí của thiết bị trên hệ thống thông báo cho nhà thiết kế quyết định về loại nào sẽ phù hợp hơn.

Điện áp xả tối đa đến nguồn

Đánh giá này được ấn định sau khi xem xét khả năng chặn điện áp đặt vào thiết bị khi thiết bị tắt. Hướng dẫn chung mà hầu hết các nhà thiết kế tuân theo liên quan đến việc chọn bộ phận có định mức điện áp cao gấp đôi điện áp dự kiến ​​đặt vào cống. Điều này là do xung đột điện áp ngắn trên điện áp đầu vào thường gặp trong các hệ thống điện tích hợp MOSFET.

Kháng từ thoát nước đến nguồn

Thông số quan trọng này tác động đến nhiệt do thiết bị bán dẫn tạo ra trong khi dẫn điện. Các nhà thiết kế cần xem xét các giá trị RDS (bật) tương ứng ở điện áp đánh thủng nguồn cụ thể (VGS) và nhiệt độ hoạt động trước khi chọn MOSFET công suất lý tưởng cho các ứng dụng của họ.

Gói/ Trường hợp

Gói/ trường hợp MOSFET phải được lựa chọn dựa trên các yêu cầu về nhiệt và cơ học của thiết kế. Ngoài ra, không gian bo mạch và cách bố trí vật lý khiến các nhà thiết kế thích một số thiết bị hơn những thiết bị khác vì nó ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt của chúng trong các thiết kế tiêu thụ điện hoặc dòng điện cao.

Ngưỡng điện áp cổng

Ngưỡng này xác định điện áp mà giải pháp MOSFET công suất sẽ bắt đầu dẫn. Do đó, ngưỡng điện áp cổng thấp hơn cho phép MOSFET bật để dẫn toàn bộ dòng điện nhanh hơn. Bằng cách xem xét điện áp đầu ra của MCU hệ thống điều khiển và trình điều khiển cổng, các nhà thiết kế sau đó có thể chọn MOSFET công suất phù hợp nhất cho các ứng dụng của họ.

Dòng xả DC tối đa

Đây là dòng điện tối đa mà thiết bị có thể chịu được ở một nhiệt độ hoạt động cụ thể. Bằng cách tham khảo các đường cong vùng hoạt động an toàn trong biểu dữ liệu, các nhà thiết kế hệ thống có thể xác định dòng điện mong muốn cho ứng dụng MOSFET nguồn của họ.

Phụ trách cổng

Lượng phí cần thiết để bật thiết bị đầy đủ được gọi là phí cổng (Qg). MOSFET công suất thấp hơn có giá trị Qg thấp hơn, dẫn đến hiệu quả cao hơn trong hoạt động chuyển mạch. 

ROHM Power FETs cho các ứng dụng điện tử công suất

ROHM là nhà sản xuất vi mạch, chất bán dẫn và các thành phần liên quan hàng đầu trong ngành. Các MOSFET nguồn của ROHM đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng chuyển đổi DC/ DC và chuyển mạch tải. Chúng có sẵn trong một loạt các gói công suất cao và thu nhỏ (HSOP8, HSMT8 và HUML2020L8) với phí cổng từ 5,8 đến 36 nC. ROHM có điện trở thấp, tuân thủ RoHS và danh mục sản phẩm không chứa chì và halogen với bao bì và biện pháp bảo vệ hiện đại để đảm bảo an toàn và độ tin cậy tối đa cho phép các nhà thiết kế khám phá các giải pháp phù hợp cho các ứng dụng hiệu quả cao và đáng tin cậy.

B2bmart.vn vừa giới thiệu tới bạn đọc một số thông tin cần thiết về MOSFET công suất. Hy vọng qua bài viết trên, bạn đọc đã có thể nắm bắt và hiểu rõ về loại thiết bị này.