Haben Leistungs-MOSFETs wesentliche Nachteile gegenüber normalen MOSFETs?

Mir ist aufgefallen, dass viele Leistungs-MOSFETs billiger sind, einen viel größeren haben ICH D Und v D S , und haben vergleichbar R D S ( Ö N ) Und v G S ( T H ) Werte zu normalen MOSFETs neben anderen Vorteilen (kürzere T D ( Ö N ) Zeiten usw.) ohne erkennbare Nachteile. Beispielsweise ist der IPS105N03L G günstiger und (abgesehen von einem niedrigeren v D S ) scheint in jeder Hinsicht besser zu sein als der 2N7000 .

IPS105N03LG

  • ICH D = 35A
  • v D S = 30V
  • v G S = ± 20V
  • R D S ( Ö N ) = 15,5 mΩ (max.)
  • T D ( Ö N ) = 3,7 ns
  • T D ( Ö F F ) = 14ns
  • v G S ( T H ) = 1 - 2,2 V

2N7000

  • ICH D = 0,2A
  • v D S = 60V
  • v G S = ± 20V
  • R D S ( Ö N ) = 5Ω (max.)
  • T D ( Ö N ) = 10ns
  • T D ( Ö F F ) = 10ns
  • v G S ( T H ) = 0,8 - 3 V

Was fehlt mir hier? Haben Leistungs-MOSFETs als solche wesentliche Nachteile oder sind sie für den universellen Einsatz geeignet?

Ich glaube, dir fehlt ein entscheidendes Detail. Der 2N7000 stammt aus der Mitte der 1990er, während der IPS105N03L G aus dem Jahr 2010 stammt. Dies ist ein großer Generationsunterschied, sodass Konstruktionstechniken und Reinheit der Materialien eine große Rolle bei der Leistung spielen.
@Sparky Obwohl sie unterschiedlich alt sind, könnten Sie sicher Teile aus den 1990er Jahren mit Spezifikationen auswählen, die viel näher am IPS105 liegen. Der allgegenwärtige IRF540 zum Beispiel gibt es schon seit einiger Zeit (die Ausgabe von „Art of Electronics“ von 1991) und seine Nennwerte von 20 A, 0,077 Ohm sind viel näher als der 2N7000.
@BrianDrummond. Ich stimme Ihrer Aussage dahingehend zu, dass einige Linien bereits hochleistungsfähig waren, während andere sich nicht geändert haben, aber immer noch auf dem Markt sind. Aber im Laufe der Jahre wurden viele Verbesserungen an Mosfets vorgenommen, wie z. B. Hexfets, und ich wollte nicht, dass die Kluft zwischen den Generationen aus dem Gesamtbild herausgelassen wird.

Antworten (4)

Natürlich haben sie einige Nachteile und sind für manche Anwendungen völlig ungeeignet. Beide Arten von Mosfets bieten einige Kompromisse bei verschiedenen Aspekten.

Erstens: Bezüglich des Preises weiß ich nicht, woher Sie die Schätzungen haben, aber sie sind ungenau. Mouser bietet 2N7002 ab etwa 0,12 € an, während IPS105N03L etwa 0,68 € kostet. Also nicht gerade billiger. Vielleicht haben Sie nach einer bestimmten Verpackung von 2N7002 (vielleicht TO-220) gesucht, was den Preis viel höher gemacht hat, aber 2N7002 ist tatsächlich einer der billigsten verfügbaren Mosfets.

Jetzt, auch ohne auf den Preis zu schauen, gibt es andere Parameter als I D , V DS und R DS(on) , die einen Mosfet charakterisieren. Zum Beispiel:

  • V GS(th) , die Gate-Schwellenspannung. Bei Power-Mosfets ist es normalerweise höher als bei kleinen Mosfets. Kleine Mosfets können direkt mit einer Spannung von 3,3 V betrieben werden, was praktisch ist. Dies ist bei Power-Mosfets nicht immer der Fall. Für die beiden Mosfets, die Sie vergleichen, gibt es jedoch keinen signifikanten Unterschied.
  • Die Gate-Ladung. Hier haben wir für IPS105N03L eine Gate-Gesamtladung von 14 nC, während sie für 2N7002 weniger als 1 nC beträgt. Im Grunde bedeutet dies, dass der Power-Mosfet viel Strom durch sein Gate benötigt, um den Miller-Effekt zu überwinden , wenn der Mosfet seinen Zustand ändert . Sie brauchen also große Treiber, damit es schnell schaltet. Der 2N7002 kann jedoch sehr einfach angesteuert werden, und selbst ein einfacher MCU-Ausgangspin kann ihn so schnell ansteuern, wie Sie möchten. So wird Ihr Design viel einfacher. Hier glänzen kleine Mosfets.
Überraschenderweise verkaufen RS-Komponenten das IPS für 0,14 £ mit kostenlosem Versand ... Nur um mein Verständnis zu verbessern, glauben Sie, dass ein Mikrocontroller einen Leistungs-MOSFET wie das IPS direkt betreiben könnte (natürlich mit ausreichendem Schutz)?
Nun, RS hat manchmal seltsame Preise. Billiges Zeug wird teuer, und ein paar teure Sachen werden billig. Wie auch immer, in Bezug auf den Betrieb von IPS mit einer MCU erlaubt die Vgs (th) dies, jedoch nicht für hohe Ströme. Sehen Sie sich Seite 5 des Datenblatts an, das Diagramm in der oberen linken Ecke: Id vs Vds . Mit einer Gate-Spannung von 3,2 können Sie anscheinend bis zu ~ 10 Ampere erreichen. Achtung, das sind typ. Werte, daher möchten Sie möglicherweise eine Herabsetzung vornehmen. Außerdem ist dies nur für Anwendungen möglich, bei denen Sie aufgrund der Gate-Ladung nicht oft umschalten (Hochfrequenzumschaltung erfordert einen Treiber).
Wie viele Ampere möchten Sie tatsächlich schalten und wie hoch ist die Gate-Spannung? 5 oder 3,3 V?
Nun, ich dachte daran, mit einer Gate-Spannung von 5 V um 1 A (max.) zu schalten
Dann bist du mehr als in Ordnung. Mit 5V kannst du alles schalten was du willst. Setzen Sie einen Widerstand zwischen den MCU-Pin und das FET-Gate (etwa 1 k), damit Sie die Pin-Nennwerte nicht überlasten und nur wissen, dass Sie nicht sehr schnell umschalten können (wenn Sie das Umschalten wirklich kennen müssen). Zeit unter diesen Bedingungen oder der Strom durch das Gate, können Sie eventuell eine schnelle Simulation mit dem Mosfet-SPICE-Modell durchführen).

Die beiden sind kaum vergleichbar. Der IPS-Teil ist etwa 10 mm x 6 mm groß und kann 38 Watt abführen, Eingangskapazität typisch 1100 pF, der 2N7-Teil ist SOT-23 und verbraucht einen Bruchteil eines Watts mit einer typischen Eingangskapazität von 20 pF.

Teile mit geringerer Leistung scheinen in Hobbymengen immer überteuert zu sein, da Verpackung, Lagerbestand, Versand usw. eher pro Artikel als pro Strombelastbarkeit ablaufen.

Wenn Sie eine Reihe von 200-mA-Lasten ansteuern möchten, sind die 2N7000s ausreichend, kleiner und billiger als die IPS-Teile.

Wenn Sie nur ein Teil in Ihrem persönlichen Vorrat halten möchten, dann wäre das größere flexibler.

Der IPS-Teil ist ein viel neueres Design und verwendet einen kleineren, billigeren Prozess als der ältere 2N7000, sodass Sie „kostenlos“ eine stark verbesserte Leistung, Stromstärke, RDson usw. erhalten.

Ich bin mit dem Konzept der Eingangskapazität nicht ganz vertraut. Wie genau wirkt sich das auf die Leistung und/oder Nutzung aus?
siehe dims Antwort auf Gate Charge. Ungefähr Ladung = Spannung * Kapazität. Eine große Gate-Ladung bedeutet, dass Sie lange Zeit viel Strom treiben müssen, um es einzuschalten. Während der FET schaltet, verbraucht er viel Zeit, sodass Leistungs-FETs in SMPSs Treiber mit mehreren Ampere benötigen, um die Gates nach oben und unten zu schlagen und die Verluste zu begrenzen. Mit FETs mit niedriger Ladung wie 2N7000 ist es zwar einfacher, aber das kann natürlich nicht den Strom.

Hast du zufällig die Kosten verglichen? Sie können BSS138 oder 2N7002 für etwa 0,015 US-Dollar (in großen Mengen) erhalten. Der BSS138 kann in 3,3-V-CMOS-Logikschaltungen verwendet werden. Es sind Versionen davon mit sehr niedrigem Gate-Leckstrom erhältlich, sodass sie für bestimmte Arten von Schaltungen in batteriebetriebenen Geräten sehr nützlich sein können.

Normalerweise haben Power-Mosfets (und auch einige Versionen der oben genannten Geräte) einen Zenerdiodenschutz, der am Gate eingebaut ist. Dadurch haben sie am Gate sehr hohe Leckströme. Manchmal ist das in Ordnung und manchmal nicht.

Wenn Sie einen Leistungs-MOSFET verwenden, bei dem ein kleines Signalgerät ausreichen würde, müssen Sie einen Preis in Dollar, Größe und Kapazität zahlen, der Hochgeschwindigkeitsschaltungen durcheinander bringen könnte. Und weniger Stabilität beim Vorspannen der Geräte im analogen Modus. Meistens wird es keine Leistungsstrafe geben.

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