e-Industrial Technology Center

มอสเฟตกําลัง(Power-MOSFET) คือไร ?

MOSFET ย่อมาจาก metal–oxide–semiconductor   field-effect   transistor คือทรานซิสเตอร์ที่ทํางานได้โดยการควบคุมด้วยสนามไฟฟ้าซึ่งสนามไฟฟ้านี้เกิดขึ้นได้จากการป้อนแรงดันอินพุตเข้าที่เกต (Gate,G) ของมอสเฟต......ดังนั้นมอสเฟตกําลังก็คืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กําลังที่ควบคุมการเปิด-ปิดของกระแสไฟฟ้าได้ด้วยแรงดัน (Voltage control current source)

*** มอสเฟตกําลังเป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์กําลังที่ทํางานได้ในย่านความถี่สูงที่สุดคือสูงถึง 100kHz-1MHz แต่พิกัดของกระแสและแรงดันไฟฟ้าไม่สูงนักคือ 100A/1000V 

โครงสร้างของ MOSFET   :   MOSFET ประกอบด้วยสามส่วน คือ


- Gate(G) ทํามาจากออกไซด์ของโลหะโดยสร้างให้เกิดความต่างศักย์ตกคร่อมระหว่างแผ่นสองแผ่นเพื่อสร้างสนามไฟฟ้าเพื่อควบคุมการเข้าออกของกระแสไฟฟ้า
- Source(S)เป็นขาอินพุต
- Drain(D)เป็นขาเอาต์พุต

ประเภทของ MOSFET

มอสเฟตมี 2 ชนิดคล้ายกับทรานซิสเตอร์กําลังคือมอสเฟตชนิด n-channel และมอสเฟตชนิด p-channel    โดยสัญลักษณ์และโครงสร้างแสดงในรูป

   -  nMOS (negative MOSFET) เป็นทรานซิสเตอร์ประเภท NPN เมื่อมีความต่างศักย์เป็นบวก (สนามไฟฟ้าแรง) สัญญาณไฟฟ้าจึงจะไหลจาก source ไป drain ได้
    - pMOS (positive MOSFET) เป็นทรานซิสเตอร์ประเภท PNP เมื่อมีความต่างศักย์ต่ำหรือเป็นลบ (สนามไฟฟ้าอ่อน) สัญญาณไฟฟ้าจึงจะไหลจาก source ไป drain ได้

MOSFET ในทางดิจิตอลถูกมองว่าเป็นสวิตซ์ :

- nMOS จะเป็นสวิตซ์ที่เมื่อสัญญาณเข้าเป็น "1" สวิตซ์ก็จะปิด ถ้าไม่สวิตซ์ก็ยังเปิดอยู่ (normal opened switch)
ส่วน ...
- pMOS จะเป็นสวิตซ์ที่เมื่อสัญญาณเข้าเป็น "1" สวิตซ์ก็จะเปิด ถ้าไม่สวิตซ์ก็จะปิดอยู่ (normal closed switch) และสัญลักษณ์ทั่วไปจะมีสามขา ขากลางเป็น gate ส่วนอีกสองขาคือ sorce และ drain โดยใช้ใน nMOS เป็นหลักเพื่อสื่อสัญลักษณ์เดียวกับทรานซิสเตอร์ทั่วไปคือ ไฟขา base ไหล ขา Collector จะต่อกับ Emittor ส่วน pMOS ก็จะใส่ bubble ที่ขา gate


 
 

การทำงานของ MOSFET

    nMOS เมื่อปล่อยความต่างศักย์สูง จะเกิดสนามไฟฟ้าในทิศลงอย่างแรง โฮลใน p-type จะถูกผลักลงมาอยู่ด้านล่าง (ตามรูปที่ประกอบข้างบน) ประกอบกับมีอิเล็กตรอนอิสระบางส่วนถูกดูดขึ้นไปด้านบน ส่งผลให้บริเวณด้านบนมีอิเล็กตรอนอิสระมากจนเป็น n-type ได้เรียกว่า channel สัญญาณไฟฟ้าก็จะไหลผ่านช่วง channel นี้ซึ่งเป็น n-type เหมือนกับ drain และ sorce ได้โดยใช้อิเล็กตรอนอิสระเป็นพาหะ

    pMOS จะทำงานกลับกัน nMOS โดยเมื่อปล่อยความต่างศักย์ต่ำ (โดยมากมักจะติดลบ) จะเกิดสนามไฟฟ้าในทิศขึ้นอย่างแรง อิเล็กตรอนอิสระใน n-type จะถูกผลักลงมาอยู่ด้านล่าง ประกอบกับมีโฮลบางส่วนถูกดูดขึ้นไปด้านบน ส่งผลให้บริเวณด้านบนมีโฮลมากจนเป็น p-type ได้เรียกว่า channel สัญญาณไฟฟ้าก็จะไหลผ่านช่วง channel นี้ซึ่งเป็น p-type เหมือนกับ drain และ sorce ได้โดยใช้โฮลเป็นพาหะ



 

คุณลักษณะทางกระแสแรงดัน (V-I characteristic)

คุณลักษณะทางกระแสแรงดันของมอสเฟตกําลัง  ดังแสดงในรูป กล่าวคือที่ n-channel MOSFET เมื่อป้อนแรงดันควบคุมเข้าที่เกต(VGS) มากขึ้นจะทําให้กระแสเอาต์พุต(ID) มีค่าสูงขึ้น   ยกตัวอย่างเช่นที่ VGS=5V จะทําให้ได้ ID=10A หรือถ้าป้อนแรงดัน VGS=6V จะทําให้ได้ ID=25A เป็นต้น

 

การนําไปประยุกต์ใช้งาน


1. PWM MOSFET DC Motor drive เรียกว่าวงจรขับมอเตอร์กระแสตรงด้วยเทคนิคการมอดูเลตความกว้างพัลส์วงจรนี้นิยมใช้ในการขัยเคลื่อนมอเตอร์กระแสตรงในรถไฟฟ้ารถไฟฟ้าที่ใช้ในสนามกอลฟ์ในโรงงานอุตสาหกรรมสกู๊ตเตอร์ไฟฟ้าและจักรยานไฟฟ้าเป็นต้นลักษณะของวงจรดังในรูป

- รูป A คือตัวกําเนิดสัญญาณมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) ซึ่งปรับความถี่(f) และความกว้างของพัลส์(Pulse  Width)  ได้
- รูป B คือวงจรมอสเฟตกําลังเบอร์STP80N06 ทนกระแสได้สูงสุด 80A ต่ออนุกรมกับมอเตอร์ดี.ซี.
- รูป C คือรูปคลื่นกระแสและแรงดันที่อามาเจอร์ของมอเตอร์ในขณะที่ควบคุมให้ Duty cycle ของสัญญาณPWM=30% การปรับค่า Duty   cycle ของสัญญาณ PWM จะทําให้ความเร็วของมอเตอร์ปรับค่าได้นั่นเองวงจร
 

รูปตัวอย่าง แผงควบคุมความเร็วดีซีมอเตอร์  Control  the  speed  of  any  common  DC  motor  rated  up  to  100V  (7A).  Operates  on  5V  to  15V.  Uses  NE556 to pulse-width modulate a IRF530 MOSFET 

ที่มา : http://www.g-tech.ac.th/vdo/ELECTRICdoc.pdf

========================================================

	TBAT คืออะไร ?	Congratulations
	สอบ ACT	Happy Birthday
	สอบ IELTS มีกี่แบบ?

• ================= ยูทุปของ 9engineer ,com ===================
  
  
• คลิปที่น่าสนใจจัดทำโดย 9engineer.com ภายใต้ชื่อช่องTechnology talk Channel 
  
•  1. วงจรและวิธีการสตาร์ทแบบไดเร็คออนไลน์  DOL
  
•  2. วงจรควรคุมการกลับทางหมุน
  
•  3. วงจรและวิธีการสตาร์ทแบบสตาร์ เดลต้า  Y-D Starter
  
•  4. การสตาร์แบบออโตทรานส์ฟอร์เมอร์  Auto transformer starter
  
•  5. การต่อขดลวดมอเตอร์ อย่างไรไม่ให้เกิดการใหม้หรือเสียหาย
  
•  6. การเช็ตโอเวอร์โหลดรีเลย์
  
•  7.การเช็ตโอเวอร์โหลดรีเลย์กับมอเตอร์ที่มีเซอร์วิสแฟคเตอร์
  
•  8.รีเลย์กับคนแทคเตอร์ต่างกันอย่างไร
  
•  9.อื่นๆ
•  
•   **** นายเอ็นจิเนียร์ขอสงวนสิทธิ์รับรองความถูกต้อง โปรดใช้วิจารณญาณในการรับข่าวสารข้อมูล