作为开关元器件,MOSFET 相比 BJT 有哪些优势
双极结型晶体管(BJT)也可以用作开关,但 MOSFET 相比 BJT 有某些优势。正如大家所知,MOSFET 是电压控制型器件,这意味着只需控制栅极到源极的电压,就能使 MOSFET 导通或关断,从而将其用作开关。另一方面,BJT 是电流控制型器件,这意味着通过控制基极电流,可以使 BJT 工作在饱和区或截止区,进而用作开关。
在驱动电流较低时,使 BJT 工作在饱和状态所需的基极电流也较低。因此,在像驱动 LED 这类低驱动电流的应用中,BJT 是非常经济实惠的解决方案。但当驱动电流达到毫安级时,使 BJT 进入饱和状态所需的基极电流也会增加,在这种情况下,提供所需基极电流的控制电路或驱动电路必须能够提供足够的电流,才能使 BJT 进入深度饱和状态。所以,如果我们想使用微控制器或任何逻辑电路来控制 BJT 作为开关,对于非常大的电流来说,这是不可能的。
而 MOSFET 是电压控制型器件,只要保证栅极和源极端子之间有恒定的电压,它就可以很容易地用作开关。如果是逻辑电平 MOSFET,甚至可以直接用微控制器来控制。但在连续开关的情况下,特别是高频开关时,我们还需要考虑栅极驱动的其他方面,不过这个我们稍后再谈。关键是,MOSFET 比 BJT 更容易驱动。
第二点是,在连续开关应用中,MOSFET 比 BJT 更省电。当 MOSFET 处于导通状态时,它就像一个电阻,此时漏极到源极的电阻会非常低。对于大功率 MOSFET,这个电阻通常在毫欧级。所以即使在很大的电流下,MOSFET 的导通损耗也与 BJT 相当,或者略高一点。
当 BJT 和 MOSFET 用作开关时,存在两种损耗:一种是导通损耗,另一种是开关损耗。我们刚才讨论的就是导通损耗,即当开关处于导通状态时,开关两端的损耗就是导通损耗。当 MOSFET 和 BJT 用于连续开关应用时,开关损耗是一个非常关键的因素,而且 MOSFET 的开关损耗比 BJT 更低。因此,在高频连续开关应用中,MOSFET 比 BJT 更受青睐。
此外,MOSFET 比 BJT 具有更好的热稳定性。原因是 MOSFET 具有正温度系数,这意味着在导通状态下,随着 MOSFET 温度的升高,其导通电阻也会增大,而导通电阻的增大又会使漏极电流 ID 减小,从而降低 MOSFET 的温度。另一方面,BJT 具有负温度系数,随着温度升高,集电极电流 IC 也会增大,而集电极电流的增大又会进一步使温度升高。如果产生的热量不能适当散发,可能会导致 BJT 发生热失控。所以,MOSFET 比 BJT 的热稳定性更好。
简而言之,MOSFET 比 BJT 更容易驱动,并且在高开关频率下工作效率更高。