1. Работа под управлением напряжения
В отличие от биполярных транзисторов (BJT), которые являются устройствами с управлением по току, мощные МОП-транзисторы управляются напряжением. Эта фундаментальная характеристика дает несколько существенных преимуществ:
- Упрощенные требования к приводу ворот
- Меньшее энергопотребление в цепи управления
- Возможности более быстрого переключения
- Никаких проблем с вторичной поломкой
Рисунок 1. Упрощенные требования к управлению затвором для MOSFET по сравнению с BJT.
2. Превосходная производительность переключения
Силовые МОП-транзисторы превосходно подходят для высокочастотных коммутационных приложений, предлагая многочисленные преимущества по сравнению с традиционными биполярными транзисторами:
Рисунок 2. Сравнение скорости переключения между MOSFET и BJT.
| Параметр | Силовой МОП-транзистор | БЮТ |
|---|---|---|
| Скорость переключения | Очень быстро (диапазон нс) | Умеренный (диапазон мкс) |
| Коммутационные потери | Низкий | Высокий |
| Максимальная частота переключения | >1 МГц | ~100 кГц |
3. Тепловые характеристики
Силовые МОП-транзисторы обладают превосходными тепловыми характеристиками, которые способствуют их надежности и производительности:
Рисунок 3. Температурный коэффициент RDS(on) в силовых МОП-транзисторах.
- Положительный температурный коэффициент предотвращает тепловой разгон
- Лучшее распределение тока при параллельной работе
- Более высокая термическая стабильность
- Более широкая безопасная рабочая зона (SOA)
4. Низкое сопротивление во включенном состоянии.
Современные силовые МОП-транзисторы имеют чрезвычайно низкое сопротивление в открытом состоянии (RDS(on)), что дает ряд преимуществ:
Рисунок 4. Историческое улучшение MOSFET RDS(on)
5. Возможность параллельного выполнения
Силовые МОП-транзисторы можно легко подключать параллельно для работы с более высокими токами благодаря их положительному температурному коэффициенту:
Рисунок 5. Распределение тока в параллельно соединенных MOSFET-транзисторах.
6. Прочность и надежность
Силовые МОП-транзисторы обладают превосходными характеристиками прочности и надежности:
- Отсутствие явления вторичного разрушения
- Встроенный диод корпуса для защиты от обратного напряжения
- Отличная лавинная способность
- Высокая способность dV/dt
Рисунок 6. Сравнение безопасной рабочей зоны (SOA) между MOSFET и BJT.
7. Экономическая эффективность
Хотя отдельные силовые МОП-транзисторы могут иметь более высокую первоначальную стоимость по сравнению с BJT, их общие преимущества на уровне системы часто приводят к экономии средств:
- Упрощенные схемы привода сокращают количество компонентов
- Более высокая эффективность снижает требования к охлаждению
- Повышенная надежность снижает затраты на техническое обслуживание
- Меньший размер обеспечивает компактность конструкции
8. Будущие тенденции и улучшения
Преимущества силовых МОП-транзисторов продолжают улучшаться с развитием технологий:
Рисунок 7. Эволюция и будущие тенденции в технологии силовых МОП-транзисторов.
