¿Son mejores los MOSFET para aplicaciones de alta potencia que el BJT?

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Estaba leyendo que el MOSFET es más óptimo para situaciones de alta potencia en voltajes de suministro bajo a medio que el BJT. Sin embargo, estoy cuestionando esto, porque los MOSFET y los BJT gastan poco o nada de energía mientras están apagados. Los Moosfets son más propensos a dañarse debido a la electricidad estática que rompe la capa de óxido de la fuente de la puerta. ¿Es cierto que los BJT son mejores a altas temperaturas de unión porque no tienen una capa de óxido? .

¿Puede alguien confirmar si esto es cierto o no?

    
pregunta user8357

3 respuestas

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Como es habitual, las reglas de oro y las respuestas instintivas pueden ser engañosas, especialmente cuando se olvidan las restricciones en las pautas originales que luego se enmudecieron para hacer "reglas" para los que no piensan.

Los FET están controlados por voltaje, y los BJT están controlados por corriente. Esto solo conduce a un conjunto completo de compensaciones entre los dos dispositivos, que no tienen nada que ver con la tensión de funcionamiento, la corriente o la potencia.

Ambos dispositivos son capaces de manejar aproximadamente la misma potencia. La disipación de energía es principalmente una función del paquete, y ambos dispositivos están disponibles en paquetes similares.

Las ventajas para el control de voltaje versus corriente no son tan simples y unilaterales como otros creen. El control de voltaje de los FET no requiere esencialmente energía para mantenerlos en un estado particular, pero eso ignora los circuitos de control y el cambio de estado a menudo es necesario en muchas aplicaciones. Una compuerta FET se ve principalmente como un capacitor para el circuito de conducción, por lo que toma corriente para cambiar el voltaje. Esto, junto con un giro de compuerta de 12 V típico en todo el rango de encendido / apagado, puede generar una corriente y una potencia significativas. Por ejemplo, digamos que la carga efectiva total de la puerta es de 50 nC, y el FET se cambia a 100 kHz (cada 10 µs). Eso sale a 5 mA a 12 V, o 60 mW. Es la misma potencia de control total en el dispositivo que un BJT con una unidad de 80 mA a 750 mV. Hay otras preocupaciones más allá de estas para manejar los FET y los BJT, pero estoy tratando de señalar que no es tan simple como que "los FET no tienen poder para conducir".

En aplicaciones lineales, el voltaje B-E más predecible de un BJT puede ser ventajoso sobre el voltaje D-S de los FET. Las construcciones como emisor-seguidor generalmente tienen mejores características que los seguidores de fuente FET. Dado que los BJT son dispositivos de entrada y salida actuales, pueden conectarse en cascada de manera que no se apliquen a los FET, como los pares de darlington, o dispositivos combinados NPN-PNP. Otra ventaja de los BJT es el voltaje mucho menor requerido para controlarlos. Puede controlar BJT de alta corriente y alto voltaje con voltajes de nivel lógico típico (3.3-5 V), lo que no es posible con FET.

Por supuesto, el control de voltaje e incluso el mayor rango de control de voltaje de los FET también pueden ser una ventaja. No estoy tratando de hacer que parezca que los BJT son mejores, solo estoy tratando de señalar algunas formas en que pueden ser más ventajosas, ya que los tiradores de rodilla parecen haber decidido que los FET son "mejores" en amplias clases de aplicaciones. Los FET y los BJT son fundamentalmente diferentes, por lo que habrá varias aplicaciones donde una proporcionará ventajas sobre la otra.

La conmutación de alta corriente con baja a media tensión es un ejemplo en el que los FET se usan a menudo a pesar de los circuitos de control generalmente más complejos. Esto se debe a que los FET de potencia se ven como una resistencia baja cuando están activados, que pueden ser de 10 a un mΩ dependiendo de cuánto dinero esté dispuesto a gastar. Por otro lado, los BJT parecen una tensión fija de aproximadamente 200 mV a varias veces, dependiendo de la fuerza con la que se empujen. A 10 A, por ejemplo, un FET de 20 mΩ tendrá una caída de 200 mV, mientras que un BJT probablemente caerá de 2 a 3 veces más.

Los FET también pueden ser más fácilmente paralelos en aplicaciones de alta potencia porque su resistencia de activación aumenta con la temperatura, a diferencia del voltaje de saturación del BJT, que disminuye con la temperatura.

Tanto para BJT como para FET, otras características se vuelven menos deseables a medida que aumenta la tensión máxima. Sin embargo, esto sucede más lentamente con los BJT, de modo que por encima de unos 100 voltios, los BJT comienzan a parecer una buena opción para la conmutación de potencia. De hecho, esto ha dado lugar al IGBT, que es FET y BJT trabajando juntos. El FET se utiliza para encender el BJT, por lo que no es necesario manejar tanta corriente. El BJT luego hace el trabajo pesado de cambiar la corriente y disipar la energía.

Nuevamente, los diferentes dispositivos tendrán diferentes ventajas y desventajas, y los dispositivos tan complejos como los transistores no caen claramente en categorías simples que se prestan a las reglas básicas. No hay sustituto para entender realmente lo que está sucediendo, luego sopesar las ventajas y desventajas de su aplicación en particular para decidir qué partes usar.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Generalmente se prefieren los MOSFETS para aplicaciones de mayor potencia (que generalmente son circuitos de conmutación).

Esto se debe a que los FET son generalmente más fáciles de conducir (especialmente a altos voltajes) que los BJT, porque la corriente BJT frecuentemente tiene que provenir de la misma fuente (alto voltaje) que la carga; por lo tanto, puede haber una pérdida de potencia significativa solo en la unidad base. En las frecuencias medias y bajas, los requisitos de activación de puerta de los FET son más fáciles que los BJT.

En los niveles de potencia más altos (por ejemplo, > > 10 kW), combinaciones (por ejemplo, IGBT en vehículos eléctricos y trenes) de FET & Se utilizan BJT, y en niveles extremos de potencia (por ejemplo, > > 1 MW AC) (transmisión de potencia de CA), los dispositivos son bipolares (Triacs, SCR).

Los IGBT tienen algunos de los beneficios de ambos tipos de dispositivos: relativamente fáciles de manejar, pero de alta capacidad de corriente (debido al dispositivo bipolar). La caída de VCE inherente de ~ 1 V no es un problema en > > Sistemas de 100 V.

Los triacs a menudo tienen un diámetro de 100 mm y pueden transportar 10 kA. Son dispositivos completamente bipolares.

    
respondido por el jp314
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Considere una aplicación de DC automotriz simple:

La batería de su auto suministra 12V DC. Para la protección de la batería en reversa (para cuando algún genio decide conectar los terminales de la batería en reversa), usa un transistor en serie con su fuente de entrada con su compuerta / base atada a tierra a través de una resistencia. Esto apaga el circuito cuando la tensión en el negativo (o masa) de su circuito aumenta por encima de la tensión positiva: el transistor (con suerte) se abre antes de que se dañe el resto de su circuito.

Bien, ahora a tu pregunta sobre poder .

Aquí hay dos casos (escogeré valores de transistor razonables para cada situación):

Caso 1: Su carga es un dispositivo Bluetooth Low Energy que utiliza un máximo de 10mA DC :

Potencia BJT: P = I * Vce = .01A * 0.2V = 0.002W = 2mW

Potencia FET: P = I ^ 2 * Rds-on = 0.01A * 0.01A * 10ohm = 0.001W = 1mW

Mejor opción: ¿A quién le importa? Ve por el más barato.

Caso 2: Su carga es una bomba de combustible que consume un máximo de 20A DC :

BJT Power: P = I * Vce = 20A * 0.3V = 6W !!! ¡Solo para la protección de la batería a la inversa!

Potencia FET: P = I ^ 2 * Rds-on = 20A * 20A * 2mOhm = 0.8W

Mejor opción: FET. Pero considere el costo ... un PFET de 2mOhm no será barato.

    
respondido por el mikeborgh

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