Kapan MOSFET lebih tepat sebagai saklar daripada BJT?

57

Dalam eksperimen saya, saya hanya menggunakan BJT sebagai sakelar (untuk menghidupkan dan mematikan hal-hal seperti LED dan semacamnya) untuk keluaran MCU saya. Saya sudah berulang kali diberitahu, bahwa MOSFET mode-peningkatan saluran-N adalah pilihan yang lebih baik untuk switch (lihat di sini dan di sini , untuk contoh), tapi saya tidak yakin saya mengerti mengapa. Saya tahu bahwa MOSFET tidak membuang arus di gerbang, di mana basis BJT melakukannya, tetapi ini bukan masalah bagi saya, karena saya tidak menggunakan baterai. Sebuah MOSFET juga tidak memerlukan resistor secara seri dengan gerbang, tetapi umumnya TIDAK memerlukan resistor pull-down sehingga gerbang tidak mengambang ketika MCU di-boot ulang (kan?). Tidak ada pengurangan jumlah bagian, lalu.

Tampaknya tidak ada surplus MOSFET tingkat logika yang dapat mengubah arus yang dapat dilakukan BJT murah (~ 600-800mA untuk 2N2222, misalnya), dan yang sudah ada (TN0702, misalnya) adalah sulit ditemukan dan secara signifikan lebih mahal.

Kapan MOSFET lebih tepat daripada BJT? Mengapa saya terus-menerus diberitahu bahwa saya harus menggunakan MOSFET?

— Menandai
sumber

5

Batasan baterai bukan satu-satunya alasan untuk menghemat daya. Bagaimana dengan disipasi panas? Bagaimana dengan biaya operasi? Bagaimana dengan masa pakai produk (yang dapat dibatasi oleh panas)?

— Gallamine

Kembali beberapa dekade, ketika MOSFET masih merupakan perangkat baru, saya ingat melihat satu artikel di mana produsen MOSFET menunjukkan bahwa mereka telah membuat prestasi nyata, untuk menunjukkan bagian-bagian yang benar-benar datang: Mereka telah membangun dan mengirimkan VN10KM, yang secara khusus dirancang dan dimaksudkan agar sesuai dengan ceruk ekologi yang biasa saat ini ditempati oleh Yang Mulia 2N2222.

— John R. Strohm

11

BJT jauh lebih cocok daripada MOSFET untuk mengendarai LED berdaya rendah dan perangkat serupa dari MCU. MOSFET lebih baik untuk aplikasi daya tinggi karena mereka dapat beralih lebih cepat daripada BJT, memungkinkan mereka untuk menggunakan induktor yang lebih kecil dalam pasokan mode switch, yang meningkatkan efisiensi.

— Leon Heller
sumber

21

apa sebenarnya yang membuat BJT 'jauh lebih cocok' untuk mengemudi LED? Ada banyak driver LED yang menggunakan sakelar MOSFET.

— Tandai

2

Pergantian yang lebih cepat tidak harus berkaitan dengan aplikasi berdaya tinggi. Pasangan Darlington (BJT), dll. Dapat digunakan untuk beralih daya tinggi. Jawaban Anda tidak sampai ke inti masalahnya.

— Gallamine

1

Power Darlingtons lambat dibandingkan dengan MOSFET! Pergantian cepat diinginkan untuk meminimalkan ukuran induktor dan meningkatkan efisiensi.

— Leon Heller

2

@ Mark: Salah satu batasan utama dari BJT adalah bahwa mereka memerlukan arus basis sebanding dengan arus kolektor maksimum yang mungkin. Ketika mengendalikan sesuatu yang arus maksimumnya jauh lebih besar dari arus yang diharapkan (misalnya motor), ini bisa sangat boros. Saat mengendarai LED, arus dapat diprediksi dengan cukup baik; membuang 2,5% dari kekuatan seseorang di markas bukan masalah besar.

— supercat

5

@ Mark: Dalam beberapa aplikasi, 2,5% mungkin menjadi masalah besar, tetapi dalam banyak aplikasi orang akan jauh lebih khawatir tentang 10mA yang dikonsumsi oleh LED daripada 250uA yang dikonsumsi di basis transistor yang mengendalikannya. Saya sendiri tidak akan menggunakan istilah "jauh" lebih cocok, tetapi BJT sering sedikit lebih murah daripada MOSFET, dan bahwa dengan sendirinya membuat mereka "lebih cocok", semuanya sama. Juga, dalam beberapa aplikasi, mungkin lebih mudah untuk menghubungkan BJT untuk rangkaian arus konstan daripada MOSFET.

— supercat

22

BJT membuang-buang arus saat dinyalakan, terlepas dari apakah bebannya menarik sesuatu. Dalam perangkat bertenaga baterai, menggunakan BJT untuk memberi daya pada sesuatu yang bebannya sangat bervariasi tetapi sering kali rendah akan menghabiskan banyak energi. Jika BJT digunakan untuk memberi daya pada sesuatu dengan hasil arus yang dapat diprediksi, (seperti LED), masalah ini tidak seburuk itu; satu hanya dapat mengatur basis-emitor saat ini menjadi sebagian kecil dari arus LED.

— supercat
sumber

18

$R_{ds(on)}$ $V_{ce(sat)}$

$V_{ce(sat)}$ $0.4V - 1V$

$R_{ds(on)}$ $1.25 \Omega$

Anda dapat melihat bahwa VN2222 akan menghilang jauh lebih sedikit di sumber-drain.

Juga, seperti yang dijelaskan sebelumnya, MOSFET adalah perangkat transkonduktansi - tegangan pada gerbang memungkinkan arus melalui perangkat. Karena gerbang memiliki impedansi tinggi ke sumbernya, Anda tidak memerlukan arus gerbang konstan untuk membiasakan perangkat - Anda hanya perlu mengatasi kapasitansi yang melekat untuk mendapatkan gerbang terisi penuh kemudian konsumsi gerbang menjadi sangat kecil.

— Adam Lawrence
sumber

1

Sulit untuk mengendarai VN2222 dari 3.3V MCU, dan itu tidak tersedia.

— Tandai

8

R_{D S (O N)}

$R_{DS(ON)}$

7.5 Ω

$7.5\Omega$

1.25 Ω

$1.25\Omega$

R_{D S (O N)}

$R_{DS(ON)}$

100 m Ω

$100 m\Omega$

1

@ Mark - Supertex mungkin bukan Fairchild atau NXP, tetapi VN2222 sudah tersedia dari DigiKey dan Mouser.

— stevenvh

14

BJT lebih cocok dalam beberapa situasi karena mereka seringkali lebih murah. Saya dapat membeli TO92 BJT dengan harga masing-masing 0,8p tetapi MOSFET tidak mulai sampai masing-masing 2p - mungkin kedengarannya tidak banyak tetapi dapat membuat perbedaan besar jika Anda berurusan dengan produk yang sensitif biaya dengan banyak dari ini.

— Thomas O
sumber

2

Perangkat FET yang hampir tidak memiliki arus input (gerbang saat ini) adalah pilihan terbaik untuk LED yang dikendalikan oleh mikro-controller karena mikro-controller tidak perlu menyediakan banyak arus melalui die-nya, menjaga dirinya tetap dingin (lebih sedikit disipasi panas pada chip) sementara arus LED hampir semuanya didorong melalui saluran FET eksternal. Ya, itu juga benar bahwa Ron dari perangkat FET yang khas sangat rendah menjaga penurunan tegangan rendah di FET yang menguntungkan untuk aplikasi daya rendah.

Namun, ada beberapa kelemahan dalam hal kekebalan terhadap kebisingan di gerbang MOSFET, yang mungkin tidak berlaku untuk BJT. Setiap potensi (noise) yang diterapkan di gerbang MOSFET akan membuat saluran melakukan sampai batas tertentu. Tidak terlalu (tapi masih memadai) untuk menggunakan MOSFET untuk menggerakkan koil relay dengan Vt rendah (ambang batas). Jika demikian, jika Mikrokontroler Anda mengendalikan FET, Anda mungkin ingin mendapatkan FET dengan Vt (ambang) yang lebih tinggi.

— dr3patel
sumber

1

MOSFET lebih kuat untuk kebutuhan saat ini yang tinggi. Misalnya 15A berperingkat Mosfet dapat melewati 60A (fe IRL530) dari arus untuk waktu yang singkat. 15A dengan nilai BJT hanya dapat melewati pulsa 20A. MOSFET juga memiliki sambungan termal yang lebih baik untuk menahan case meskipun memiliki die yang lebih kecil.

— Andrius Guitarmod
sumber

2

Bisakah Anda memberikan sumber mengapa ini harus menjadi aturan umum?

— Jonas Stein