Kiedy MOSFET jest bardziej odpowiedni jako przełącznik niż BJT?

57

W moich eksperymentach użyłem tylko BJT jako przełączników (do włączania i wyłączania rzeczy takich jak diody LED itp.) Dla moich wyjść MCU. Wielokrotnie mówiono mi jednak, że tranzystory MOSFET w trybie N-channel są lepszym wyborem dla przełączników (patrz tutaj i tutaj , przykłady), ale nie jestem pewien, dlaczego rozumiem. Wiem, że MOSFET nie marnuje prądu na bramę, w której znajduje się baza BJT, ale nie jest to dla mnie problemem, ponieważ nie pracuję na bateriach. MOSFET nie wymaga również rezystora połączonego szeregowo z bramką, ale na ogół NIE wymaga rezystora rozwijanego, aby brama nie unosiła się po ponownym uruchomieniu MCU (prawda?). Zatem nie ma zmniejszenia liczby części.

Wydaje się, że nie ma wielkiej nadwyżki tranzystorów MOSFET na poziomie logicznym, które mogłyby przełączać prąd, tak jak tanie BJT (na przykład ~ 600-800 mA dla 2N2222), a te, które istnieją (na przykład TN0702) to trudne do znalezienia i znacznie droższe.

Kiedy MOSFET jest bardziej odpowiedni niż BJT? Dlaczego ciągle mi mówi się, że powinienem używać MOSFET?

znak
źródło
5
Ograniczenia baterii nie są jedynym powodem oszczędzania energii. Co z rozpraszaniem ciepła? Co z kosztami eksploatacji? Co z żywotnością produktu (który może być ograniczony przez ciepło)?
galamina
Cofając się o dekady, kiedy MOSFET-y były wciąż nowymi urządzeniami, pamiętam jeden artykuł, w którym producent MOSFET zauważył, że dokonali prawdziwego osiągnięcia, aby pokazać, że części naprawdę nadchodzą: zbudowali i wysyłali VN10KM, który został specjalnie zaprojektowany i przeznaczony do dopasowania do zwykłej niszy ekologicznej zajmowanej obecnie przez czcigodnego 2N2222.
John R. Strohm,

Odpowiedzi:

11

BJT są znacznie bardziej odpowiednie niż MOSFET do napędzania diod LED małej mocy i podobnych urządzeń z MCU. Tranzystory MOSFET są lepsze do zastosowań o dużej mocy, ponieważ mogą przełączać się szybciej niż BJT, umożliwiając im stosowanie mniejszych cewek w zasilaczach impulsowych, co zwiększa wydajność.

Leon Heller
źródło
21
co dokładnie sprawia, że ​​BJT jest „znacznie bardziej odpowiedni” do jazdy diodami LED? Istnieje mnóstwo sterowników LED, które używają przełączników MOSFET.
Mark
2
Szybsze przełączanie niekoniecznie ma związek z aplikacjami o dużej mocy. Pary Darlingtona (BJT) itp. Mogą być używane do przełączania dużej mocy. Twoja odpowiedź nie dociera do sedna problemu.
galamina
1
Darlingtons Mocy są wolne w porównaniu do MOSFETÓW! Szybkie przełączanie jest pożądane, aby zminimalizować rozmiar cewki indukcyjnej i zwiększyć wydajność.
Leon Heller
2
@ Mark: Jednym z głównych ograniczeń BJT jest to, że wymagają one prądu bazowego proporcjonalnego do maksymalnego możliwego prądu kolektora. Kontrolowanie czegoś, którego maksymalny prąd jest znacznie większy niż prąd oczekiwany (np. Silnik), może być bardzo marnotrawstwem. Jednak podczas prowadzenia diody LED prąd można dość dobrze przewidzieć; marnowanie 2,5% mocy w bazie nie jest wielkim problemem.
supercat
5
@ Mark: W niektórych aplikacjach 2,5% może być poważną sprawą, ale w wielu aplikacjach będzie o wiele bardziej zaniepokojony 10mA zużywanym przez diodę LED niż 250uA zużywanym w podstawie tranzystora sterującego nią. Sam nie użyłbym terminu „dużo” bardziej odpowiedni, ale BJT są często nieco tańsze niż MOSFET, a to samo w sobie czyni je „bardziej odpowiednimi”, przy czym wszystkie pozostałe są równe. Ponadto, w niektórych aplikacjach, łatwiej jest podłączyć BJT do obwodu prądu stałego niż MOSFET.
supercat
22

BJT marnuje trochę prądu przy każdym włączeniu, niezależnie od tego, czy obciążenie coś pobiera. W urządzeniu zasilanym bateryjnie użycie BJT do zasilania czegoś, którego obciążenie jest bardzo zmienne, ale często niskie, spowoduje marnowanie dużej ilości energii. Jeśli jednak BJT jest używany do zasilania czegoś z przewidywalnym poborem prądu (jak LED), problem ten nie jest taki zły; po prostu można ustawić prąd bazowy emitera na niewielki ułamek prądu LED.

supercat
źródło
18

Dobry MOSFET z kanałem N będzie miał bardzo niski (rezystancja równoważna dren-źródło), gdy zostanie właściwie ustawiony, co oznacza, że ​​po włączeniu zachowuje się bardzo podobnie do rzeczywistego przełącznika. Przekonasz się, że napięcie na MOSFET, gdy jest włączony, będzie niższe niż (napięcie nasycenia kolektor-emiter) BJT. V c e ( s a t )Rds(on)Vce(sat)

2N2222 ma od zależności od prądu naprężającego. 0,4 V - 1 V.Vce(sat)0.4V1V

VN2222 MOSFET ma maksymalną z . 1,25 ΩRds(on)1.25Ω

Widać, że VN2222 rozproszy się znacznie mniej w źródle drenażu.

Jak już wcześniej wyjaśniono, MOSFET jest urządzeniem nadprzewodnikowym - napięcie na bramce przepuszcza prąd przez urządzenie. Ponieważ bramka ma wysoką impedancję do źródła, nie potrzebujesz stałego prądu bramki, aby polaryzować urządzenie - potrzebujesz tylko pokonać wrodzoną pojemność, aby brama została naładowana, a wtedy zużycie bramki staje się maleńkie.

Adam Lawrence
źródło
1
Trudno jest jednak prowadzić VN2222 z MCU 3.3v i nie są one łatwo dostępne.
Mark
8
7,5 Ω 1,25 Ω R D S ( O N ) 100 m ΩRDS(ON) dla VN2222 wynosi , a nie 1,25. Nawet nie będzie spektakularny, można znaleźć dziesiątki FET logiki mniej niż7.5Ω1.25ΩRDS(ON)100mΩ
stevenvh
1
@Mark - Supertex może nie być Fairchild ani NXP, ale VN2222 jest łatwo dostępny w DigiKey i Mouser.
stevenvh
14

BJT są bardziej odpowiednie w niektórych sytuacjach, ponieważ często są tańsze. Mogę kupić TO92 BJT za 0,8 pensa za każdy, ale MOSFET-y zaczynają się dopiero za 2 pensy za każdy - może to nie brzmieć dużo, ale może mieć dużą różnicę, jeśli masz do czynienia z produktem wrażliwym na koszty z wieloma z nich.

Thomas O
źródło
2

Urządzenia FET o prawie zerowym prądzie wejściowym (prądzie bramkowym) są najlepszym wyborem dla diod LED napędzanych przez mikrokontroler, ponieważ mikrokontroler nie musi dostarczać dużego prądu przez matrycę, utrzymując się w niskiej temperaturze (mniejsze rozpraszanie ciepła na chipie) podczas gdy prąd LED jest prawie w całości napędzany przez zewnętrzny kanał FET. Tak, prawdą jest również to, że Ron typowych urządzeń FET jest bardzo niski, utrzymując niski spadek napięcia na FET, co jest korzystne w przypadku zastosowania małej mocy.

Istnieje jednak pewna wada, jeśli chodzi o odporność na zakłócenia na bramce MOSFET, co może nie mieć miejsca w przypadku BJT. Jakikolwiek potencjał (szum) zastosowany w bramce MOSFET-u sprawi, że kanał zachowa się do pewnego stopnia. Używanie Mosfet do napędzania cewek przekaźnikowych niskim Vt (próg) nie jest zbyt wysokie (ale nadal wystarczające). W takim przypadku, jeśli Twój mikrokontroler steruje FET, możesz chcieć uzyskać FET o wyższym Vt (próg).

dr3patel
źródło
1

Tranzystory MOSFET są bardziej odporne na wysokie wymagania prądowe. Na przykład Mosfet z oceną 15A może przepuszczać prąd o natężeniu 60A (np. IRL530) przez krótki okres. BJT o znamionowej wartości 15 A może przepuszczać tylko 20 A impulsów. Również Mosfety mają lepsze połączenie termiczne z opornością obudowy, nawet jeśli ma mniejszą matrycę.

Andrius Guitarmod
źródło
2
Czy możesz podać źródło, dlaczego powinna to być ogólna zasada?
Jonas Stein