Een MOSFET die als schakelaar wordt gebruikt, regelt de stroomstroom door de poortspanning te veranderen. Het wordt gebruikt omdat het snel schakelt, zeer weinig ingangsstroom nodig heeft en efficiënt kan werken in veel schakelingen.
Schakelwerking van een MOSFET
Een MOSFET die als schakelaar wordt gebruikt, is een halfgeleiderapparaat dat de stroomstroom tussen de drain en de bron regelt door een gatespanning toe te passen. De poort bepaalt of het pad tussen de afvoer en de bron uit blijft of aangaat. Omdat de poort een zeer hoge ingangsimpedantie heeft, is er zeer weinig ingangsstroom nodig om het schakelen te regelen. Dit maakt de MOSFET nuttig in schakelingen die snelle, efficiënte schakeling vereisen.
MOSFET-schakelproces
De schakelwerking van een MOSFET hangt af van de gate-naar-bron spanning, of VGS. Wanneer de poortspanning onder de drempel blijft die nodig is om een geleidend kanaal te vormen, blijft de MOSFET uitgeschakeld en stroomt er geen stroom door het drain-source pad. Wanneer de poortspanning het vereiste niveau bereikt, vormt het kanaal zich en schakelt de MOSFET in, waardoor er stroom kan stromen.
MOSFET AAN en UIT Staten
Een MOSFET-switch heeft twee hoofdbedrijfstoestanden: UIT en AAN.
• In de UIT-toestand is de poort-naar-bron spanning te laag om een kanaal te vormen, waardoor er geen stroom kan vloeien tussen de drain en de bron. In deze toestand blokkeert de MOSFET de stroomstroom.
• In de ON-toestand is de gate-naar-bron spanning hoog genoeg om een geleidend kanaal te vormen. Er kan dan stroom vloeien tussen de afvoer en de bron, en de MOSFET heeft een lage onweerstand.
MOSFET-schakelaartypes en configuraties
N-kanaal MOSFET
Een N-kanaals MOSFET is gebruikelijk in schakelcircuits omdat deze een lagere aanweerstand heeft. Hij gaat aan wanneer de gatespanning hoger is dan de bronspanning.
P-kanaal MOSFET
Een P-kanaal MOSFET wordt ingeschakeld wanneer de gatespanning lager is dan de bronspanning. Het wordt vaak gebruikt wanneer de schakelaar aan de voedingskant van het circuit wordt geplaatst.
Low-side Switching
Bij low-side schakelen wordt de MOSFET tussen de belasting en de aarde geplaatst. Deze opstelling wordt gebruikt met N-kanaals MOSFET's.
High-side Switching
Bij high-side schakelen wordt de MOSFET tussen de voeding en de belasting geplaatst. Deze opstelling wordt gebruikt wanneer de belasting met aarde verbonden blijft.
Belangrijkste MOSFET-schakelaarparameters
• Spanningswaarde van de afvoerbron is de maximale spanning die de MOSFET kan verwerken tussen de drain en de bron.
• De stroomwaarde geeft aan hoeveel stroom de MOSFET onder de aangegeven omstandigheden kan dragen.
• RDS(on) is de weerstand van de drain-source wanneer de MOSFET aan staat. Het beïnvloedt spanningsval en geleidingsverlies.
• De poortdrempelspanning is de poort-naar-bron spanning waarbij de MOSFET begint te geleiden. Het toont het begin van kanaalvorming, niet de volledige schakelprestatie.
• Gate-lading is de hoeveelheid lading die nodig is om de gatespanning tijdens het schakelen te veranderen. Het beïnvloedt het wisselgedrag.
MOSFET-stroomverlies en bescherming
Een MOSFET die als schakelaar wordt gebruikt, veroorzaakt enig stroomverlies. Wanneer het aan staat, ontstaat geleidingsverlies omdat het apparaat nog steeds een kleine hoeveelheid aanweerstand heeft. Tijdens het aan- en uitschakelen treedt schakelverlies ook op omdat spanning en stroom kort overlappen wanneer de MOSFET van toestand verandert.
In echte schakelingen kan schakelen de MOSFET ook aan elektrische stress blootstellen. Inductieve belastingen kunnen spanningspieken veroorzaken wanneer de stroom plotseling wordt onderbroken. Deze effecten kunnen de werking en de beschermingsbehoeften van het apparaat beïnvloeden.
Toepassingen van MOSFET als schakelaar
• Gebruikt in voedingschakelingen voor schakeling tijdens spanningsomzetting
• Toegepast in motorbesturingscircuits om stroom te schakelen voor snelheids- en richtingsregeling
• Gebruikt in LED-circuits om verlichtingsbelastingen te schakelen
• Gebruikelijk in batterijvoede apparaten voor efficiënte energieregeling
• Toegepast in digitale en regelcircuits als elektronische schakelaars
Vergelijking: MOSFET als Switch versus BJT als Switch
| Aspect | MOSFET als schakelaar | BJT als schakelaar |
|---|---|---|
| Besturingsmethode | Geregeld door poortspanning | Geregeld door basisstroom |
| Invoervereiste | Vereist zeer weinig invoerstroom | Vereist een continue basisstroom |
| Ingangsimpedantie | Zeer hoog | Lager dan MOSFET |
| Schakelsnelheid | Snellere schakeling | Langzamere schakelen |
| Vermogensverlies | Lagere ON-toestand verlies in veel gevallen | Hoger verlies door spanningsval |
| Aandrijfcircuit | Eenvoudige spanningsaandrijving | Heeft stroomaandrijving nodig |
| Efficiëntie | Meestal hoger | Meestal lager |
| Warmteopwekking | Lager in veel schakeltoepassingen | Hoger in veel schakeltoepassingen |
| Geschiktheid voor hoogfrequente schakeling | Meer geschikt | Minder geschikt |
| Gevoeligheid | Gevoeliger voor statische elektriciteit | Minder gevoelig voor statische elektriciteit |
| Huidig besturingsgedrag | Beter voor efficiënte elektronische schakeling | Beter voor stroomgestuurde werking |
| Typisch wisselgebruik | Gebruikelijk in snelle en efficiënte schakelcircuits | Gebruikelijk in eenvoudige, goedkope schakelingen |
Conclusie
Een MOSFET werkt als schakelaar door het pad tussen de drain en de bron te regelen met de gatespanning. De prestaties hangen af van de juiste gate-aandrijving, correcte apparaatclassificaties en controle over warmte, verliezen en spanningsspanning. Het artikel toont de belangrijkste types, schakelgedrag, parameters, toepassingen en vergelijking met BJT-schakelen. Het begrijpen van deze punten helpt verklaren hoe het apparaat veilig werkt in echte schakelingen.
Veelgestelde Vragen [FAQ]
Wat doet een gateweerstand in een MOSFET-circuit?
Een gateweerstand helpt de schakelsnelheid te regelen en ruis te verminderen.
Betekent de gate threshold voltage dat de MOSFET volledig aan staat?
Nee. Het betekent alleen dat de MOSFET begint te geleiden.
Waarom een MOSFET op logica-niveau gebruiken?
Hij kan correct aangaan met een lage gate-spanning.
Waarom zijn inductieve belastingen riskant voor een MOSFET?
Ze kunnen spanningspieken veroorzaken die de MOSFET kunnen beschadigen.
10,5 Beïnvloedt temperatuur de prestaties van MOSFET?
Ja. Hogere temperaturen kunnen de weerstand en hitte verhogen.
Kan een MOSFET vóór gebruik worden getest?
Ja. Een multimeter kan op basisfouten controleren.
