Was ist die Durchlassspannung der Diode bei TO-220-Kaltspannungs-MOSFETs? – Blog

Als Lieferant von MOSFETs TO-220 Cool-Voltage-MOSFETs stoße ich oft auf Fragen von Kunden bezüglich der Body-Dioden-Durchlassspannung dieser Komponenten. In diesem Blogbeitrag werde ich näher darauf eingehen, was die Body-Dioden-Durchlassspannung von MOSFETs bis 220 Cool-Voltage-MOSFETs ist, welche Bedeutung sie hat und wie sie sich auf die Leistung elektronischer Schaltkreise auswirkt.

MOSFETs und ihre Body-Dioden verstehen

Lassen Sie uns zunächst kurz zusammenfassen, was MOSFETs sind. Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) werden aufgrund ihrer hohen Eingangsimpedanz, schnellen Schaltgeschwindigkeit und ihres geringen Stromverbrauchs häufig in elektronischen Schaltkreisen verwendet. Das TO-220-Gehäuse ist ein beliebtes Durchsteckgehäuse für Leistungs-MOSFETs, das für seine gute thermische Leistung und einfache Montage bekannt ist.

Ein MOSFET verfügt über eine eingebaute Body-Diode, auch parasitäre Diode genannt. Diese Diode wird durch die pn-Übergangsstruktur innerhalb des MOSFET gebildet. Bei einem N-Kanal-MOSFET ist die Bodydiode zwischen Source und Drain geschaltet, wobei die Anode an der Source und die Kathode am Drain liegt. Bei einem P-Kanal-MOSFET ist die Polarität umgekehrt.

Was ist die Körper-Dioden-Durchlassspannung?

Die Durchlassspannung der Body-Diode ($V_{F}$) ist der Spannungsabfall an der Body-Diode, wenn diese in Durchlassrichtung vorgespannt ist. Wenn an die Diode eine positive Spannung angelegt wird, sodass die Anode ein höheres Potenzial als die Kathode hat, beginnt Strom durch die Diode zu fließen. Der Zusammenhang zwischen dem Durchlassstrom ($I_{F}$) und der Durchlassspannung wird durch die Kennlinie der Diode beschrieben.

Bei MOSFETs TO-220 Cool-Voltage-MOSFETs ist die Body-Diode-Durchlassspannung ein wichtiger Parameter. Sie liegt typischerweise zwischen einigen hundert Millivolt und über einem Volt, abhängig von Faktoren wie dem Design des MOSFET, dem verwendeten Material und dem Durchlassstrom, der durch die Diode fließt.

Faktoren, die den Körper beeinflussen – Diodendurchlassspannung

1. Temperatur

Die Durchlassspannung zwischen Körper und Diode ist stark temperaturabhängig. Mit zunehmender Temperatur sinkt die Durchlassspannung der Body-Diode. Dies liegt daran, dass die intrinsische Ladungsträgerkonzentration im Halbleitermaterial mit der Temperatur zunimmt, was die Potentialbarriere am p-n-Übergang verringert. Beispielsweise kann bei einigen MOSFETs die Durchlassspannung mit einer Rate von etwa 2–2,5 mV/°C abnehmen.

2. Vorwärtsstrom

Das $V_{F}$ variiert auch mit dem Vorwärtsstrom. Im Allgemeinen steigt mit zunehmendem Durchlassstrom auch die Durchlassspannung an der Body-Diode. Dies ist auf den Widerstand innerhalb der Diode und den Spannungsabfall an ihr zurückzuführen, der durch den Stromfluss verursacht wird. Die Beziehung zwischen $I_{F}$ und $V_{F}$ ist nicht linear und wird häufig durch das Datenblatt der Diode beschrieben. Unterschiedliche TO-220-Kühlspannungs-MOSFETs können unterschiedliche $V_{F}$ vs. $I_{F}$-Kurven aufweisen, die für Schaltungsentwickler von entscheidender Bedeutung sind, um den geeigneten MOSFET für ihre Anwendungen auszuwählen.

TO-220 Cool Voltage MOSFETs

3. Gerätestruktur und Material

Auch die innere Struktur des MOSFET und das verwendete Halbleitermaterial spielen eine wesentliche Rolle bei der Bestimmung der Body-Dioden-Durchlassspannung. Beispielsweise können MOSFETs, die mit unterschiedlichen Dotierungsniveaus und Epitaxieschichten hergestellt werden, unterschiedliche $V_{F}$-Werte haben. Darüber hinaus kann die Wahl des Halbleitermaterials wie Silizium oder Siliziumkarbid zu erheblichen Unterschieden in der Leistung der Körperdiode führen. Siliziumkarbid-MOSFETs weisen im Vergleich zu ihren Silizium-Gegenstücken im Allgemeinen niedrigere Body-Dioden-Durchlassspannungen und schnellere Sperrerholungseigenschaften auf.

Bedeutung der Körper-Dioden-Durchlassspannung in Schaltkreisen

1. Verlustleistung

In elektronischen Schaltkreisen, in denen die Body-Diode Strom leitet, führt der Spannungsabfall in Durchlassrichtung zu einer Verlustleistung. Die Verlustleistung in der Body-Diode ($P_{D}$) kann mit der Formel $P_{D}=V_{F}\times I_{F}$ berechnet werden, wobei $V_{F}$ die Durchlassspannung zwischen Body und Diode und $I_{F}$ der Durchlassstrom durch die Diode ist. Ein höherer $V_{F}$-Wert führt zu einer erhöhten Verlustleistung, was zu einer stärkeren Erwärmung des Geräts führen kann. Dies ist bei Hochleistungsanwendungen von entscheidender Bedeutung, da übermäßige Hitze die Leistung und Zuverlässigkeit des MOSFET beeinträchtigen kann.

2. Reverse-Recovery-Eigenschaften

Die Durchlassspannung der Body-Diode hängt auch mit den Sperrverzögerungseigenschaften des MOSFET zusammen. Wenn der MOSFET vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand geschaltet wird, muss die Body-Diode von ihrem in Durchlassrichtung vorgespannten Zustand in den Sperrzustand zurückkehren. Die Rückwärtserholungszeit und der Ladevorgang werden durch die Vorwärtsspannung und den Vorwärtsstrom während der Leitung beeinflusst. Ein niedrigeres $V_{F}$ führt im Allgemeinen zu schnelleren Reverse-Recovery-Zeiten und niedrigeren Reverse-Recovery-Gebühren, wodurch Schaltverluste im Schaltkreis reduziert werden können.

3. Schaltungseffizienz

In Leistungsumwandlungsschaltungen wie Gleichstrom-Gleichstrom-Wandlern und Wechselrichterschaltungen wirkt sich die Durchlassspannung der Body-Diode auf den Gesamtwirkungsgrad der Schaltung aus. Niedrigere $V_{F}$-Werte bedeuten, dass weniger Strom über die Body-Diode verschwendet wird, was zu einer höheren Schaltungseffizienz führt. Dies ist besonders wichtig bei Anwendungen, bei denen Energieeffizienz eine Schlüsselanforderung ist, beispielsweise bei Systemen für erneuerbare Energien und batteriebetriebenen Geräten.

Anwendungen von MOSFETs TO – 220 Kühlspannungs-MOSFETs und die Rolle der Body-Dioden-Durchlassspannung

1. Netzteile

In Schaltnetzteilen werden MOSFETs zur Steuerung des Stromflusses eingesetzt. Die Body-Diode des MOSFET leitet während der Totzeit zwischen dem Schalten der High-Side- und Low-Side-MOSFETs. Eine niedrige Durchlassspannung zwischen Body und Diode kann die Leistungsverluste in diesem Zeitraum reduzieren und so den Gesamtwirkungsgrad des Netzteils verbessern. Beispielsweise leitet in einem Abwärtswandler die Body-Diode des Low-Side-MOSFET, wenn der High-Side-MOSFET ausgeschaltet ist. Ein niedrigerer $V_{F}$-Wert kann die Verlustleistung in der Body-Diode minimieren, was zu einem effizienteren Wandler führt.

2. Motorsteuerung

In Motorsteuerschaltungen werden MOSFETs zum Antrieb der Motorwicklungen verwendet. Die Body-Diode kann während der Freilaufphase leiten, wenn der Motorstrom seine Richtung ändert. Ein niedriger $V_{F}$ trägt dazu bei, die Leistungsverluste während dieses Prozesses zu reduzieren, eine Überhitzung der MOSFETs zu verhindern und die Zuverlässigkeit des Systems zu erhöhen. Beispielsweise leiten in einem Controller für bürstenlose Gleichstrommotoren die Body-Dioden der MOSFETs in der Wechselrichterbrücke während des Kommutierungsprozesses, und eine niedrigere Durchlassspannung kann zu einer besseren Leistung führen.

Unser Angebot: TO – 220 Cool-Voltage-MOSFETs

Als zuverlässiger Lieferant vonTO – 220 Kühlspannungs-MOSFETsWir bieten eine breite Palette von Produkten mit unterschiedlichen Spezifikationen an, um den unterschiedlichen Bedürfnissen unserer Kunden gerecht zu werden. Unsere MOSFETs sind mit fortschrittlicher Halbleitertechnologie ausgestattet, um niedrige Body-Dioden-Durchlassspannungen, hohe Effizienz und hervorragende Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Wir verstehen, dass unterschiedliche Anwendungen unterschiedliche Anforderungen an die Durchlassspannung des Körpers – der Diode – haben. Egal, ob Sie MOSFETs für Hochleistungsanwendungen oder energieeffiziente Designs mit geringem Stromverbrauch benötigen, wir können Ihnen die richtigen Produkte liefern. Unser Team aus technischen Experten ist jederzeit bereit, Sie bei der Auswahl der am besten geeigneten MOSFETs für Ihre spezifischen Projekte zu unterstützen.

Kontaktieren Sie uns für die Beschaffung

Wenn Sie an unseren TO-220 Cool-Voltage-MOSFETs interessiert sind oder Fragen zur Body-Dioden-Durchlassspannung oder anderen MOSFET-Parametern haben, empfehlen wir Ihnen, uns für die Beschaffung und weitere Gespräche zu kontaktieren. Wir sind bestrebt, unseren Kunden qualitativ hochwertige Produkte und professionelle Dienstleistungen anzubieten. Lassen Sie uns gemeinsam daran arbeiten, Ihre Ziele im Elektronikdesign zu erreichen.