[elektro] Hogyan is működik a MOSFET?

[nemeth.tibor798 at t-online.hu]

Hali!


Horvath Zsolt <hozso_001 at freemail.hu> írta:

> 
>    Sziasztok!
> Itt egy adatlap: 
> http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/67193/INTERSIL/HIP6601.html
> A 2. oldalán lévő rajzról van szó. Ezen egy step-down konvertert 
> láthatunk, amelyben
> a kapcsolóelem és a visszafutó dióda is egy-egy N csatornás MOSFET. A 
> dióda helyén
> lévővel van gondom. Az adatlap szerint ez az IC mindkét FET-et meg tudja 
> hajtani.
> Vagy az egyiket, vagy a másikat nyitja ki (közben vigyáz, hogy egyszerre 
> ne vezessenek).
> 
> Amit nem értek: a MOSFET-en ezek szerint a DS átmeneten negatív irányban 
> is tud
> folyni az áram? A MOSFET-ek rajzán az adtlapokon szokott lenni egy 
> visszirányú dióda.
> Ez most egy beleimplementált dióda, vagy valami "parazita" dióda ami a 
> kialakításából
> adódik?

A fet csatornája többé-kevésbé ellenállásnak tekinthető, bámely irányba vezet, ha a gate is úgy 
akarja. A teljesítmény elektronikában gyakorta használt Ncsatornás, növekményes most-fetekben 
gyártásechnológiai okoból ott a dióda. 
Az említett kapcsolásban, ha nem vezérelnéd az alsó fetet, úgy működne mint egy szokásos 
dióda. Ez nem egészséges felhasználás, mert a fet diódájánál lényegesen jobb egy shottky, 
kisebb a maradékfeszültsége és gyorsabb is. 
A fetet vezérelve mégjobb eredményhez juthatunk, ha a fet ellenállása elég kicsi. Ez a mai 
fetekkel gond nélkül kivitelezhető. Az 1 mOhm nem extrém kicsi csatornaellenállás és mondjuk 
10A esetén csak 10 mV szemben a shotthy várható 0.4 V-jával szemben, ami 0.1W illetve 0.4W 
veszteség. Ez utóbbi nem is annyira a hatásfok szempontjából lényeges, sokkal inkább a 
hűtésigény lehet a meghatározó és a mai hűtőborda árak mellett a jobb fet ára eltörpül.
A fenti kapcsolásban (én tennék be egy shottkyt-is) a dióda csak rövid ideig vezet, amíg az alsó fet 
átveszi tőle a tekercs áramát. A másik átmenet sem triviális. Nem tapasztaltam, de olvastam 
tanulmányt róla, hogy adott esetben gond volt, mert bár a dióda áramterhelése kicsi, de mivel az 
alsó fet rövidre zárja, nincs rajta feszültség és a kezdeti áramimpulzuskor felhalmozott töltés 
sokáig benne marad és a felső fet bekapcsolásakor, még mindig van tárolt töltés. Jut eszembe, 
persze hogy nem tapasztaltam, én tettem be shottkyt. A tanulmány viszont 300V-os félhídról szólt 
és sajnos ilyen feszültségre nincs(vagy már van ?) shottky dióda.  
Mindezek ellenére a legjobb hatásfokú megoldást találtad meg. 
Egy fontos eltérés van még az egyszerűbb, diódáshoz képest, már a kisebb veszteségen kívül. A 
diódás változatnál, kis terhelés esetén felléphet olyan üzemállapot, hogy a dióda árammentessé 
válik, még mielőtt a felső fet bekapcsolna, egyszerűen azért mert kicsi a tekercs árama és elfogy. 
Ekkor a hurokerősítés megváltozik és a szabályozási kör instabillá válhat. Ezt a jelenséget 
continouos illetve noncontinouos üzemmódként emlegetik. Alsófetes kapcsolásnál ilyen nincs.
 Az alófetes azt is tudja, hogy ha valami okból a terhelés energiát termel, mondjuk motort fékezel, 
a kimeneti/bemeneti feszültségarányt akkor is tartja a kitoltési tényező szerint. Ezt azt 
eredményezi, hogy a kimeneti energiát visszatáplálja a bemenetre és ha ott nem tudod 
elfogyasztani, elkezd emelkedni a bemeneti puffer feszültsége. Ha persze a bemeneti 
megtáplálás mondjuk akkumlátor, akkor elkezdi tölteni. Ilyenkor az energia fordított irányba halad, 
boost konverterként működik, ehhez hozzá kell képzelned a felső fet reverzdiódáját is.

Üdv.
                       Németh Tibor