Cách điều khiển mosfet : MOSFET là một transistor hiệu ứng trường. MOSFET là viết tắt của Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor , có một cổng. Để đơn giản, bạn có thể hình dung cổng này giống như một vòi nước bạn xoay vòi ngược chiều kim đồng hồ nước bắt đầu chảy ra khỏi vòi, bạn xoay theo chiều kim đồng hồ thì nước ngừng chảy ra khỏi vòi. Tương tự, điện áp cực cổng hay cực G quyết định độ dẫn điện của thiết bị. Tùy thuộc vào điện áp cực cổng này, chúng ta có thể thay đổi độ dẫn và do đó chúng ta có thể sử dụng nó như một bộ chuyển mạch hoặc như một bộ khuếch đại giống như chúng ta sử dụng một Transistor như một bộ chuyển mạch hoặc  như một bộ khuếch đại. Kể từ khi MOSFET công suất ra đời vào những năm 1980, việc chuyển đổi nguồn điện đã trở nên nhanh hơn và hiệu quả hơn. Hầu hết tất cả các nguồn cung cấp chuyển mạch hiện đại đều sử dụng một số dạng MOSFET công suất làm phần tử chuyển mạch. MOSFET được ưa thích vì tổn hao dẫn truyền thấp, tổn hao chuyển mạch thấp và vì  cực cổng của MOSFET được tạo ra từ tụ điện nên có dòng điện DC bằng không. Vì vậy, trong bài viết này, chúng ta sẽ nói về các cách điều khiển MOSFET bật và tắt và cuối cùng, chúng ta sẽ xem xét một số ví dụ thực tế cho thấy điều này ảnh hưởng đến MOSFET như thế nào. 

Trong một trong những bài viết trước của chúng tôi, chúng ta đã thảo luận về MOSFET là gì: Cấu tạo, các loại và hoạt động của nó, bạn có thể kiểm tra nếu bạn muốn tìm hiểu về những điều cơ bản của MOSFET.

Các thuộc tính cơ bản của MOSFET

Giống như Transistor BJT , MOSFET là một thiết bị có ba cực là G, D và S, với điều khiển cực G sẽ cho phép sự truyền dẫn giữa D và S.

Về mặt kỹ thuật, FET vốn có hai chiều, nhưng MOSFET công suấ được bổ sung thêm một điốt để ngăn chặn ký sinh song song trên D và S, làm cho MOSFET dẫn điện khi điện áp trên nó bị đảo ngược. Hầu hết các ký hiệu MOSFET công suất được vẽ cho đều thấy có một diode

MOSFET có thể được coi như một biến trở điều khiển bằng điện áp , giống như transistor BJT có thể được coi là một nguồn dòng điện điều khiển . Tuy nhiên, giống như BJT, đặc tính này không tuyến tính, nghĩa là, điện trở không giảm tuyến tính với điện áp được đặt vào cực G, như được hiển thị trong hình dưới đây từ biểu dữ liệu của IRF3205 phổ biến.

Đối với hầu hết các phần, điều này không thành vấn đề, vì các MOSFET công suất được thiết kế để sử dụng cho các ứng dụng chuyển mạch, mặc dù có thể sử dụng tuyến tính. Có một số điểm quan trọng cần cân nhắc khi sử dụng MOSFET làm công tắc chuyển mạch.

Điện áp đánh thủng và dòng cực máng: 

Điều này phụ thuộc vào ứng dụng – MOSFET công suất có sẵn với điện áp đánh thủng đến 20V và cao tới 1200V, và dòng điện từ miliampe đến kiloamps.

Điện áp ngưỡng cực G:

Điều này tương tự như điện áp BE của BJT thông thường, nhưng với MOSFET, điện áp này không được xác định rõ ràng. Mặc dù MOSFET có thể bật ở điện áp tương đối thấp, nhưng nó chỉ có khả năng mang đầy đủ dòng điện ở điện áp G-S được chỉ định. Đây là một vấn đề cần lưu ý vì hầu hết MOSFETs được quy định là  10V _GS .

Điện dung đầu vào:

Vì cực G được cách ly về điện với đường dẫn từ D đến S, nó tạo thành một tụ điện nhỏ được sạc và xả mỗi khi MOSFET bật và tắt. Đối với MOSFET công suất, điện dung này có thể nằm trong khoảng từ hàng trăm picofarads đến hàng chục nanofarads.

MOSFET kênh N bật khi điện áp G cao hơn điện áp nguồn vài volt, điện áp định mức được đề cập trong datasheet và điện áp D-S phải dương. Dòng điện đi vào D và ra khỏi S. MOSFET kênh P bật khi điện áp cực G thấp hơn  điện áp nguồn vài volt và điện áp D-S là âm. Dòng điện đi vào S và ra khỏi D.

Cách điều khiển mosfet MOSFET đơn giản

Trong hình bên dưới, cấu hình đơn giản nhất cho cả MOSFET kênh N và kênh P được hiển thị.

Ta đặt điện áp vào cực G để cho Mosfet hoạt động. Nhưng điều gì sẽ xảy ra trên cực G sau khi bật MOSFET? 

Cũng giống như một tụ điện thông thường, Cực G giữ điện tích , để loại bỏ điện tích này, cực G phải được phóng điện. Điều này có thể được thực hiện bằng cách kết nối G trở lại nguồn. Nhưng điều gì sẽ xảy ra nếu cực G không được xử lý ? Nếu điện tích lạc tích tụ trong G đủ để đẩy điện áp cực G vượt quá ngưỡng, thì MOSFET bật không đúng, điều này có thể làm hỏng mạch. Vì lý do này, chúng ta thường thấy có một điện trở kéo xuống hoặc kéo lên giữa G và nguồn, điện trở này loại bỏ điện tích khỏi cực G bất cứ khi nào điện áp cực G bằng 0. điện trở giá trị 10K là tốt nhất.

Mạch bảo vệ và điều khiển MOSFET

Cực G của MOSFET rất nhạy cảm vì lớp oxit cách điện khỏi kênh rất mỏng. Hầu hết các MOSFET công suất có điện áp GS định mức chỉ ± 20V! Vì lý do này, một điốt Zener được kết nối như hình được mắc vào.

Vì điện dung ccực G kết hợp với độ tự cảm của các dây dẫn có thể dẫn đến dao động ringing (Một giao động xẩy ra trong đầu ra của một hệ thống sau khi có một sự thay đổi đột ngột ở đàu vào) trong khi chuyển mạch, điều này được giảm thiểu bằng cách thêm một điện trở nhỏ (khoảng 10Ω) mắc nối tiếp với cực G như hình bên dưới.

Cực G của MOSFET thường không hút bất kỳ dòng điện nào (ngoài dòng điện rò rỉ nhỏ), nhưng khi được sử dụng trong các ứng dụng chuyển đổi nơi nó cần được bật và tắt nhanh chóng, điện dung cổng phải được sạc và xả nhanh chóng. Điều này cần một số dòng điện, và trong những trường hợp này, cần có trình điều khiển cực G, có thể ở dạng mạch rời rạc hoặc IC điều khiển.

Hình là một mạch đơn giản để chỉ ra cách chuyển mạch MOSFET kênh N (bên trái) và MOSFET kênh P (bên phải).