Regulador lineal: MOSFET vs BJT

En un regulador lineal, la velocidad de conmutación no es una consideración. Sin embargo, la corriente base BJT puede ser. No hay corriente de puerta de estado estable en un MOSFET, por lo que un MOSFET puede tener una pérdida menor.

Además, un MOSFET en estado encendido parece resistivo, por lo que el voltaje de caída puede ser muy pequeño con corrientes bajas. Un BJT se saturará y puede generar un voltaje de caída más alto con corrientes bajas.

A corrientes más altas, un BJT puede sufrir una baja ganancia de corriente.

Todas estas cosas se pueden mitigar con un diseño adecuado, pero definitivamente son consideraciones al elegir un elemento de pase.

Los MOSFET más comunes en estos días son los MOSFET de potencia. La resistencia de encendido de los dispositivos de voltaje más bajo debería significar menos voltaje desperdiciado cuando el controlador de compuerta está diseñado correctamente. A primera vista, serán mejores que los BJT.

Ahora hay una trampa real. A medida que el MOSFET de potencia se calienta, lo que seguramente sucederá en el servicio lineal de alta potencia, el voltaje de umbral de la fuente de la puerta cae y tiende a aumentar la corriente de drenaje para una fuente de voltios dada. Este calentamiento de la unión aumentará en la resistencia, lo que tiende a hacer que la corriente de drenaje caiga.

Los MOSFET de potencia reales consisten en millones de pequeños FET paralelos llamados celdas. La impedancia térmica de las celdas individuales será diferente cuando se considere el centro o el borde. La corriente total es administrada por su circuito, pero la corriente compartida de las celdas no lo es. ¿Qué pasaría si una celda se calentara un poco más y los voltios de umbral de la fuente de puerta descendente aumentaran la corriente de la celda en una medida mucho mayor que el aumento de la resistencia? En otras palabras, si no toma medidas, el dispositivo podría explotar debido a puntos calientes localizados. Esto podría ocurrir muy por debajo de la media de Tj máx. Este problema potencial es peor a altos voltajes y altas potencias.

El uso de FET lineales solucionará esto a un costo adicional y aumentará la resistencia. El uso de dispositivos antiguos de primera generación es útil, pero genera más resistencia. La conexión en serie es más compleja y funciona con una penalización de resistencia. El uso deliberado de dispositivos de alto voltaje en un trabajo de bajo voltaje es útil con una penalización del costo y de la resistencia.

Reducir la potencia del dispositivo más de lo normal ayudaría, pero no está claro cuánto. Este posible mecanismo actual de puntos calientes de hacinamiento suena un poco como el segundo colapso en los BJT, pero los fabricantes de BJT fueron mucho más claros al respecto.

La gran mayoría de los mosfets de potencia están destinados a la aplicación de conmutación, por lo que los fabricantes rara vez especifican la curva DC SOA. No se garantiza el funcionamiento con CC de todos los transistores citados anteriormente. El único tipo adecuado para la aplicación lineal (DC) es el tipo lateral (LDMOS). Estos se utilizan para amplificadores de sonido de gama alta y como transistores de potencia de RF, y tienen un tempco Vth positivo en un rango útil de corriente de drenaje. ¡Todos ellos son muy, muy caros! El uso de mosfet vertical (normal) como elemento de paso de energía, con una caída de más de 5-15 V y 10-5 A, no es confiable. Los MOSFET tienen solo dos ventajas: corriente de puerta cero y casi siempre Tj = 175C que es muy favorable para el disipador de calor. La desventaja es un umbral alto, que da una caída alta en una configuración de seguidor sin usar una fuente de voltaje adicional para el circuito de control. Los BJT siempre se especifican para DC SOA, tienen un Vbe bajo, pero los tipos con empaque de plástico tienen un Tj bajo de 150 C. Los de metal (TO-3) tienen Tj = 200 * C, pero son raros y raros en los últimos años, y muy caros ( aquellos con origen comprobado).