Sự khác biệt giữa các bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET) được bán trên thị trường là công tắc so với bộ khuếch đại là gì?

Chẳng hạn, JFE J108 được liệt kê là "Chuyển mạch kênh N" và biểu dữ liệu đề cập đến RDS về điện trở, trong khi J201 J201 được liệt kê là "Bộ khuếch đại mục đích chung N-Channel" (và điện trở phải có suy ra từ các đường cong IDS?)

Có sự khác biệt trong cách chúng được thiết kế và sản xuất không? Một loại thường có thể được sử dụng trong ứng dụng khác, nhưng không phải ngược lại?

Liên quan, đối với các BJT: Sự khác biệt giữa các bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực tín hiệu nhỏ (BJT) được bán trên thị trường như các công tắc so với các bộ khuếch đại là gì?

Có nhiều lựa chọn khác nhau có thể được thực hiện trong thiết kế bóng bán dẫn, với một số sự đánh đổi là tốt hơn để chuyển đổi các ứng dụng và một số khác cho các ứng dụng "tuyến tính".

Công tắc được dự định dành phần lớn thời gian của họ vào hoặc tắt hoàn toàn. Do đó, trạng thái bật và tắt rất quan trọng với đường cong phản ứng của trạng thái ở giữa không quá liên quan.

Đối với hầu hết các ứng dụng, dòng rò trạng thái tắt của hầu hết các bóng bán dẫn là đủ thấp để không quan trọng. Đối với các ứng dụng chuyển đổi, một trong những thông số quan trọng nhất là cách bật "bật", như được định lượng bởi Rdson trong FET và điện áp bão hòa và dòng điện trong lưỡng cực. Đây là lý do tại sao việc chuyển đổi FET sẽ có thông số kỹ thuật của Rdson, không chỉ để cho thấy mức độ hoạt động của chúng tốt như thế nào, mà bởi vì điều này cũng rất quan trọng đối với các nhà thiết kế mạch để biết chúng sẽ giảm bao nhiêu điện áp và nhiệt.

Các bóng bán dẫn được sử dụng làm bộ khuếch đại cho mục đích chung hoạt động trong khu vực "tuyến tính". Chúng có thể không phải là tất cả các tuyến tính trong đặc điểm của chúng, nhưng đây là tên được sử dụng trong ngành để biểu thị phạm vi ở giữa mà bóng bán dẫn không bật hoặc tắt hoàn toàn. Trong thực tế, đối với việc sử dụng bộ khuếch đại, bạn muốn không bao giờ đạt được một trong hai trạng thái giới hạn. Do đó, Rdson không liên quan vì bạn dự định sẽ không bao giờ ở trong tình trạng đó. Tuy nhiên, bạn muốn biết làm thế nào thiết bị phản ứng với các kết hợp khác nhau của điện áp cổng và điện áp thoát vì bạn dự định sử dụng nó trên một liên tục rộng của những thiết bị đó.

Có những sự đánh đổi mà nhà thiết kế bóng bán dẫn có thể tạo ra để đáp ứng tỷ lệ thuận hơn với điện áp cổng so với mức tốt nhất hoàn toàn về điện trở hiệu quả. Đây là lý do tại sao một số bóng bán dẫn được quảng bá như là công tắc so với hoạt động tuyến tính. Các datasheets sau đó cũng tập trung vào các thông số kỹ thuật phù hợp nhất với người thiết kế mạch cho mục đích sử dụng.

Đối với MOSFE công suất, có một quy tắc tốt cho thấy phần càng mới thì càng được tối ưu hóa tốt hơn cho việc chuyển đổi ứng dụng. Ban đầu, MOSFE được sử dụng làm phần tử vượt qua trong bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính (không có dòng điện cơ sở làm giảm tổn thất không tải hoặc hiệu suất tổng thể) hoặc bộ khuếch đại âm thanh lớp AB. Ngày nay, động lực cho sự phát triển của các thế hệ MOSFET mới, tất nhiên, là sự phổ biến của các nguồn cung cấp năng lượng ở chế độ chuyển đổi và tiếp tục phát triển mạnh về điều khiển động cơ với các bộ biến tần. Bất cứ điều gì đã đạt được trong vấn đề này là không có gì tuyệt vời hơn.

Một số đặc điểm đã được cải thiện với mỗi thế hệ chuyển đổi MOSFET mới:

• Hạ R _{DS, bật} - Vì giảm thiểu tổn thất dẫn truyền có nghĩa là tối đa hóa hiệu quả tổng thể.
• Điện dung ít ký sinh hơn - Bởi vì ít điện tích xung quanh cổng giúp giảm tổn thất lái xe và tăng tốc độ chuyển mạch; ít thời gian hơn trong quá trình chuyển đổi có nghĩa là tổn thất chuyển đổi ít hơn.
• Thời gian phục hồi ngược ít hơn của diode bên trong; được liên kết với xếp hạng dV / dt cao hơn - Điều này cũng giúp giảm thiểu tổn thất chuyển mạch và điều đó cũng có nghĩa là bạn không thể phá hủy MOSFET dễ dàng khi bạn buộc nó tắt thực sự rất nhanh.
• Độ chắc chắn của Avalanche - Trong các ứng dụng chuyển đổi, luôn có một cuộn cảm liên quan. Cắt dòng điện đến một cuộn cảm có nghĩa là tạo ra các xung điện áp lớn. Nếu bị hắt hơi kém hoặc hoàn toàn không bị che chắn, các xung sẽ cao hơn mức điện áp tối đa của MOSFET. Xếp hạng tuyết lở tốt có nghĩa là bạn nhận được một số tiền thưởng thêm trước khi thất bại thảm khốc sẽ xảy ra.

Tuy nhiên, có một gotcha không nổi tiếng đối với các ứng dụng tuyến tính của MOSFET đã trở nên rõ rệt hơn với các thế hệ mới hơn của chúng:

• FBSOA (khu vực vận hành an toàn thiên về phía trước), tức là khả năng xử lý năng lượng trong chế độ hoạt động tuyến tính.

Phải thừa nhận rằng, đây là một vấn đề với bất kỳ loại MOSFET nào, cũ và mới, nhưng các quy trình cũ đã tha thứ hơn một chút. Đây là biểu đồ có hầu hết các thông tin liên quan:

Nguồn: APEC, IRF

Đối với điện áp cổng nguồn cao, nhiệt độ tăng sẽ dẫn đến tăng điện trở và giảm dòng thoát. Đối với các ứng dụng chuyển đổi, điều này thật hoàn hảo: MOSFE được điều khiển ở trạng thái bão hòa tốt với V _{GS cao} . Hãy suy nghĩ về các MOSFET song song và hãy nhớ rằng một MOSFET đơn có nhiều MOSFET nhỏ, song song trên chip của nó. Khi một trong những MOSFET này bị nóng, nó sẽ có sức đề kháng tăng lên và dòng điện sẽ được "lấy" bởi các nước láng giềng, dẫn đến phân phối tổng thể tốt mà không có điểm nóng. Tuyệt vời.

Tuy nhiên, đối với V _GS thấp hơn giá trị mà hai đường giao nhau, được gọi là giao thoa nhiệt độ bằng không (xem Phụ lục 1155 của IRF ), tuy nhiên, nhiệt độ tăng sẽ dẫn đến giảm R _DS , và tăng dòng thoát. Đây là nơi chạy trốn nhiệt sẽ gõ cửa nhà bạn, trái với niềm tin phổ biến rằng đây là hiện tượng chỉ có BJT. Điểm nóng sẽ xảy ra, và MOSFET của bạn có thể tự hủy theo cách ngoạn mục, mang theo một số mạch đẹp trong khu phố của nó.

Có tin đồn rằng các thiết bị MOSFET cũ hơn, bên có các đặc điểm truyền phù hợp hơn trên các MOSFET nội bộ, song song, trên chip so với các thiết bị rãnh mới hơn được tối ưu hóa theo các đặc điểm nêu trên quan trọng đối với các ứng dụng chuyển đổi. Điều này được hỗ trợ thêm bởi bài báo mà tôi đã liên kết , cho thấy các thiết bị mới hơn có V _GS thậm chí còn tăng đến mức nào khi giao nhau với nhiệt độ bằng không.

Câu chuyện dài: Có những MOSFE công suất phù hợp hơn cho các ứng dụng tuyến tính hoặc chuyển đổi ứng dụng. Vì các ứng dụng tuyến tính đã trở thành một thứ giống như một ứng dụng thích hợp, ví dụ như đối với các dòng điện được điều khiển bằng điện áp , cần hết sức thận trọng đối với biểu đồ cho khu vực vận hành an toàn thiên về phía trước ( FB-SOA ). Nếu nó không chứa một dòng cho hoạt động DC, đây là một gợi ý quan trọng rằng thiết bị có thể sẽ không hoạt động tốt trong các ứng dụng tuyến tính.

Dưới đây là một liên kết đến một bài báo của IRF với một bản tóm tắt tốt về hầu hết những điều tôi đã đề cập ở đây.