Robot dan peralatan otomasi industri telah menjadi bagian tak terpisahkan dari proses produksi industri. Sekarang robot secara bertahap berkembang ke pasar domestik dan komersial, muncul di hadapan konsumen dalam berbagai bentuk dan fungsi.
Robot-robot ini membutuhkan daya yang stabil untuk menggerakkan motor dan sistem kontrolnya, di mana MOSFET (Transistor Efek Medan Semikonduktor Logam Oksida) memainkan peran penting. Makalah ini akan menunjukkan kepada Anda sejarah perkembangan MOSFET dan karakteristik fungsional power MOSFET yang diperkenalkan oleh onsemi.
MOSFET memiliki sejarah panjang evolusi berkelanjutan
Teori di balik transistor efek medan (FET) telah dikenal sejak 1920-1930, 20 tahun sebelum penemuan transistor persimpangan bipolar (BJT), tetapi perkembangannya lambat karena kurangnya bahan semikonduktor yang sesuai dan ketidakmatangan teknologi. Pada saat itu, Julius Edgar Lilienfeld (dari Amerika Serikat) mengusulkan model transistor dengan dua kontak logam di setiap sisi dan pelat logam (aluminium) di atas semikonduktor.
Medan listrik pada permukaan semikonduktor yang terbentuk dari tegangan yang diberikan oleh pelat logam yang mengontrol arus antara kontak logam adalah konsep asli dari FET. William Shockely memperkenalkan transistor efek medan persimpangan (JFETs) pada tahun 1952.
MOSFET berhasil bereksperimen untuk pertama kalinya pada tahun 1960 oleh Mohamed M. Atalla dan Dawon Kahng dari Bell Labs, prinsip operasi yang sangat berbeda dari BJT ditemukan oleh Shockely et al, dan secara signifikan lebih penting daripada BJT dalam desain dan pembuatan sirkuit LSI karena MOSFET lebih murah dan memiliki keunggulan footprint kecil dan integrasi tinggi. MOSFET telah menjadi komponen penting dari elektronik modern dan merupakan perangkat yang paling sering diproduksi dalam sejarah.
MOSFET memiliki kecepatan switching yang lebih cepat (sangat cocok untuk sinyal digital), ukuran yang lebih kecil, konsumsi daya yang jauh lebih rendah, dan kepadatan yang lebih tinggi (cocok untuk integrasi skala besar) daripada BJT. Selain itu, MOSFET lebih murah dan memiliki langkah pemrosesan yang relatif sederhana, sehingga menghasilkan hasil produksi yang tinggi.
Dalam beberapa tahun terakhir, MOSFET secara bertahap meningkatkan efektivitasnya karena tren pengembangan komponen MOSFET yang bergerak ke arah penskalaan dan miniaturisasi. MOSFET telah mendorong pertumbuhan eksponensial yang cepat dari teknologi semikonduktor elektronik dan mendukung aplikasi pemrosesan sinyal digital seperti chip memori dan mikroprosesor. Semakin banyak sirkuit terintegrasi untuk pemrosesan sinyal analog dapat diwujudkan dengan MOSFET. Bidang aplikasi menjadi lebih dan lebih luas.
Power MOSFET menjadi semakin penting di pasar
Power MOSFET adalah jenis MOSFET yang secara khusus menangani tegangan dan arus daya tinggi, dan juga merupakan semikonduktor daya. Aplikasi daya awal menggunakan BJT sebagai perangkat switching, tetapi kekurangannya menyebabkan pengembangan power MOSFET. Setelah penelitian dan peningkatan berkelanjutan, MOSFET menjadi alternatif untuk BJT, dengan power MOSFET menjadi umum digunakan dalam catu daya mode switching (SMPS), periferal komputer, mobil, dan aplikasi kontrol motor.
Power MOSFET memiliki keuntungan beralih dengan cepat dan efisien pada tegangan rendah. Power MOSFET dan IGBT (transistor bipolar gerbang berinsulasi) memiliki gerbang terisolasi dan karenanya lebih mudah untuk dikendarai. Kerugian dari MOSFET ini adalah bahwa penguatannya rendah, dan terkadang tegangan penggerak gerbang bahkan lebih rendah dari tegangan yang sebenarnya dikendalikan.
Dengan evolusi lanjutan dari teknologi MOSFET dan CMOS, MOSFET telah digunakan di sirkuit terpadu sejak tahun 1960, itulah sebabnya desain power MOSFET telah direalisasikan. Power MOSFET telah dijual sejak tahun 1970-an dan sekarang ada berbagai macam produk terkait di pasaran.
Power MOSFET adalah perangkat semikonduktor daya paling umum di dunia karena memungkinkan daya penggerak gerbang rendah, kecepatan switching cepat, dan kemampuan paralel yang canggih, serta menampilkan bandwidth lebar, ketangguhan, penggerak mudah, biasing sederhana, penggunaan mudah, dan kemudahan penggunaan.
Perbaikan, terutama untuk jangkauan terluas sakelar tegangan rendah (kurang dari 200 V), termasuk sebagian besar catu daya, konverter DC-DC, pengontrol motor tegangan rendah, dan banyak aplikasi lainnya, dengan ruang pasar yang cukup besar.
Pilih MOSFET yang sesuai berdasarkan persyaratan aplikasi
Ada banyak pabrikan MOSFET di pasaran, dan model serta tipenya sama banyaknya dengan sekumpulan ikan mas yang bergerak menyusuri sungai. Akibatnya, para insinyur sering mengalami kesulitan dalam memilih MOSFET. Tentu saja, sebelum memilih MOSFET, Anda harus terlebih dahulu melihat lembar data yang disediakan oleh pabrikan, lalu memilih produk yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi Anda sendiri.
Dalam memilih MOSFET, pertama-tama periksa level tegangan, lalu R DS (on) , arus pengenal, dan disipasi daya. Namun, karena MOSFET dipengaruhi oleh suhu operasi, perlu dipahami terlebih dahulu kondisi pengujian perangkat. Nilai pada lembar data adalah nilai "maksimum" atau "tipikal", yang memengaruhi kinerja perangkat yang sebenarnya.
Selain itu, MOSFET dapat dipilih dalam empat langkah. Pertama, putuskan apakah akan memilih saluran-N atau saluran-P. Jika MOSFET digunakan pada sakelar samping bertegangan rendah, MOSFET saluran-N harus digunakan, karena tegangan yang diperlukan untuk mematikan atau menghantarkan perangkat. Ketika MOSFET terhubung ke bus dan pembumian beban, sakelar sisi tegangan tinggi digunakan, yang biasanya merupakan MOSFET saluran-P.
Kemudian pilih arus pengenal MOSFET, yang harus menjadi arus maksimum yang dapat ditahan oleh beban dalam semua kasus, yaitu arus puncak yang dihasilkan oleh sistem dalam mode kontinu dan lonjakan pulsa, jadi pilih saja perangkat yang dapat menahan arus maksimum ini .
Selanjutnya, persyaratan termal diidentifikasi, dan perancang harus mempertimbangkan persyaratan pembuangan panas sistem kasus terburuk dan realistis, merekomendasikan bahwa perhitungan kasus terburuk menjadi pertimbangan utama untuk memberikan margin keamanan yang lebih besar untuk memastikan bahwa sistem tidak gagal.
Akhirnya, untuk menentukan kinerja sakelar, ada banyak parameter yang memengaruhi kinerja sakelar, tetapi yang paling penting adalah hilangnya sakelar yang dihasilkan oleh kapasitansi, yang dibebankan pada setiap sakelar dan karenanya memengaruhi efisiensi perangkat.
