MOSFET-Schalter sind ein wichtiger Bestandteil der Welt der Leistungselektronik. Im oberen Preissegment sind diese Schalter sehr vielseitig und können auf viele verschiedene Arten eingesetzt werden. Aber natürlich handelt es sich hier um Hochspannungsschaltungen. Wie entwickelt man also einen MOSFET-Schalter, der in solchen Anwendungen eingesetzt werden kann? Vor- und Nachteile der Verwendung von MOSFET-Schaltern. Lassen Sie uns diese Fragen im Detail beantworten, um eine umfassende Perspektive auf die MOSFET-Schalter zu erhalten.
Wählen Sie den richtigen MOSFET: Bei Hochleistungsanwendungen besteht eine der ersten Phasen beim Entwurf eines Schaltkreises darin, den richtigen Typ von MOSFET-Fairchild-Komponenten auszuwählen. Der Transistor sollte die Kapazität haben, die maximale Spannung und Stromstärke auszuhalten, der er während des Betriebs ausgesetzt ist. Der Einschaltwiderstand (RDS(ON)) und die Gate-Schwellenspannung (VGS(TH)) sowie andere Parameter sollten jedoch ebenfalls berücksichtigt werden.
Nachdem Sie einen guten MOSFET gefunden haben, können Sie mit der Entwicklung der Antriebsschaltung fortfahren. Der Motor muss durch die Antriebsschaltung mit der erforderlichen Spannung und Stromstärke angetrieben werden, damit das MOSFET-Gate schnell ein- und ausgeschaltet werden kann. Dies geschieht normalerweise mithilfe eines Gate-Treiber-ICs, der durch einen Mikrocontroller, einen Timer oder ein anderes kompatibles Steuersignal gesteuert werden kann.
Ein MOSFET muss vor Überspannung geschützt werden und auch vor Hochstromsituationen geschützt werden, damit der Schaltvorgang nicht ordnungsgemäß funktioniert. Die Verwendung einer Schottky-Diode ist ein wirksames Mittel zum Schutz des MOSFET. Die Freilaufdiode absorbiert jeden induktiven Rückschlagstrom von der Last und gewährleistet so einen Schutz vor Vorwärtssperrproblemen des MOSFET.
Die Verwendung von MOSFET-Schaltern bietet im Vergleich zu anderen Alternativen viele Vorteile. Zu diesen Vorteilen gehören ein niedriger Durchlasswiderstand, schnelle Schaltgeschwindigkeiten und geringere Gate-Antriebsanforderungen. Außerdem eignet sich der hohe Eingangswiderstand gut für die Verbindung mit Steuertransformatorschaltungen mit geringer Leistung.
Allerdings ist es ebenso wichtig, auch einige der Nachteile zu erwähnen, die mit MOSFET-Switchguns einhergehen. Der offensichtliche Nachteil dieser Geräte ist, dass sie leicht thermisch durchgehen. Der Betrieb eines MOSFET bei hohen Spannungen und Strömen kann mehr Wärme erzeugen und somit den Widerstand verringern. Wenn dies geschieht, führt dies auch zu Überhitzung und damit zu einem Ausfall.
MOSFET-Schalter haben noch einen weiteren Nachteil: Sie reagieren empfindlich auf elektrostatische Entladungen (meist ESD), die die Gate-Oxidschicht des MOS-Geräts selbst beschädigen können. Dies führt jedoch höchstwahrscheinlich zu einer Leistungsverschlechterung oder sogar zur Zerstörung des Geräts.
Bei der Auswahl zwischen den verschiedenen Schaltertypen spielen Faktoren wie die benötigten Spannungs- und Stromstärken, die Häufigkeit des Ein- und Ausschaltens usw. eine Rolle. Im Allgemeinen funktionieren MOSFET-Schalter gut in Hochleistungsanwendungen, die schnelle Schaltgeschwindigkeiten und einen niedrigen Durchlasswiderstand erfordern.
Für Anwendungen, bei denen die Steuerbarkeit im Vordergrund steht, kann BJT eine Option sein. BJTs sind bei Anwendungen mit geringem Stromverbrauch beliebt, da sie im Allgemeinen eine hohe Stromverstärkung und eine niedrigere Sättigungsspannung als MOSFETs45 aufweisen, was sie je nach Situation bevorzugt.
Ein häufiges Problem bei MOSFET-Schaltern ist das thermische Durchgehen. Der MOSFET kann nur durch einen schnellen Impuls stromlos gemacht werden, andernfalls funktioniert er möglicherweise noch Sekunden oder sogar Minuten, bevor er durchbrennt. Verwenden Sie entweder einen Kühlkörper an Ihrem MOSFET, um dies zu verhindern – ausgelegt auf die Wattzahl, bei der die Widerstände heiß werden, wenn Sie kontinuierlich und mit hohen Zündraten schalten möchten (obwohl diese nicht besonders optimal werden) – oder verringern Sie Spannung/Strom, wenn die Betriebsdauer länger dauert.
Darüber hinaus können versehentliche elektrostatische Entladungen (ESD) die Gate-Oxidschicht von MOSFET-Schaltern beschädigen. Das Risiko besteht darin, dass ESD auftreten kann, wenn der MOSFET Risse bekommt und mit dem Gate-Anschluss in Kontakt kommt, was eine sorgfältige Handhabung erfordert.
Unzureichende Gate-Treiberspannung (Vs). Falsche Verkabelung. Kurzschlüsse. Wenn ein solches Problem beobachtet wird, wird eine Fehlersuche an den Kabeln und anderen Komponenten durchgeführt, da ein Anruf getätigt werden kann, während man im Anhänger ist und versucht, eine fehlerhafte Komponente zu identifizieren.
Steckbrett-MOSFET-Schaltkreis für Anfänger – Schritt-für-Schritt-Anleitung
MOSFET Dies mag für Elektronik-Neulinge, die gerade erst anfangen, ziemlich einschüchternd sein, aber mit den richtigen Teilen und etwas Geduld kann es ein einfaches Projekt sein, das nur Stunden dauert. Im Folgenden finden Sie eine ausführlichere Anleitung zum schrittweisen Aufbau Ihres eigenen, einfachen MOSFET-Schaltkreises.
Was Sie brauchen: Folgendes benötigen Sie: einen MOSFET-Transistor, einen Gate-Treiber-IC (2 Stück), eine Shotky-Diode und LF-Generatorstufen.
Schließen Sie den MOSFET an: Verwenden Sie einen Widerstand in Reihe mit (über Gate und Quelle Ihres IGBT/MOSFET angeschlossen), um den Antriebsstrom zu begrenzen. Fügen Sie die Schottky-Diode parallel zum MOSFET ein.
Der Gate-Treiber-IC sollte an eine Stromquelle und das Steuersignal angeschlossen werden, wobei ein Einschaltbegrenzungswiderstand dazwischen platziert werden muss.
Schritt 2: Verbinden Sie die LoadAttach-Last mit dem Mosfet. Stellen Sie sicher, dass die Erdungsverbindung ordnungsgemäß ist.
Schaltkreisprüfung: Aktivieren Sie das Antriebssteuersignal des Gate-Treiber-IC, um den Schaltkreis zu prüfen. Der MOSFET lässt sich problemlos ein- und ausschalten, sodass Strom durch die Last fließen kann.
Fazit: MOSFET-Schalter sind vielseitig einsetzbare Geräte, die zum Schalten großer Strommengen verwendet werden und in vielen Konfigurationen erhältlich sind. Dazu gehören Vorteile wie niedriger Durchlasswiderstand, hohe Schaltgeschwindigkeit und sehr geringe Gate-Antriebsanforderungen, aber auch Herausforderungen wie thermisches Durchgehen oder Anfälligkeit für elektrostatische Entladung. Wenn Sie den richtigen MOSFET-Transistortyp in Kombination mit einer gut konzipierten Schaltung wählen, funktioniert alles einwandfrei und die üblichen Fallstricke können vermieden werden.
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