MOSFET là gì?
MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) là transistor hiệu ứng trường với lớp oxide (SiO₂) cách điện Gate hoàn toàn khỏi kênh dẫn. Do không có dòng gate ở trạng thái ổn định, MOSFET rất tiết kiệm năng lượng điều khiển và lý tưởng cho đóng cắt tần số cao. Ba cực: Gate (G), Drain (D), Source (S).
N-channel và P-channel
| Thông số | N-channel (NMOS) | P-channel (PMOS) |
|---|---|---|
| Điều kiện mở | V_gs > V_gs(th) (+2 đến +4 V) | V_gs < V_gs(th) (−2 đến −4 V) |
| Dòng dẫn | D→S (electron) | S→D (lỗ trống) |
| R_ds(on) | Thấp hơn (~2–3× so với PMOS cùng cỡ) | Cao hơn |
| Vị trí trong mạch | Low-side switch (giữa tải và GND) | High-side switch (giữa V+ và tải) |
| Mã phổ biến | IRF540N, IRLZ44N, IRF3205, AOD4184 | IRF9540N, AO3401, Si2333DS |
Thông số quan trọng khi chọn MOSFET
- V_ds(max): Điện áp Drain-Source tối đa. Chọn ≥ 2× điện áp làm việc. Mạch 12 V → V_ds(max) ≥ 30 V.
- I_D(max): Dòng Drain tối đa (ở nhiệt độ case). Chọn ≥ 2× dòng làm việc.
- R_ds(on): Điện trở kênh khi mở hoàn toàn. Tổn thất = I²× R_ds(on). IRF540N: 0,077 Ω ở 10 V gate.
- V_gs(th): Ngưỡng mở. Standard: 2–4 V → cần gate 10 V để mở hoàn toàn. Logic-level: 1–2 V → mở hoàn toàn ở 5 V gate.
- Q_g (Gate charge): Điện tích cần nạp để chuyển trạng thái. Càng nhỏ → chuyển mạch càng nhanh.
Mã MOSFET phổ biến
| Mã | V_ds | I_D | R_ds(on) | V_gs(th) | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|---|
| IRF540N | 100 V | 33 A | 0,077 Ω | 2–4 V | Motor driver, DC-DC converter 12–48 V |
| IRLZ44N | 55 V | 47 A | 0,022 Ω | 1–2 V (logic) | Arduino/ESP32 trực tiếp lái (5 V gate) |
| IRF3205 | 55 V | 110 A | 0,008 Ω | 2–4 V | High-current switch, inverter 12 V |
| IRF840 | 500 V | 8 A | 0,85 Ω | 2–4 V | SMPS 220 V, half-bridge flyback |
| AOD4184 | 40 V | 50 A | 0,003 Ω | 1–2,5 V | Battery management, BMS cell switch |
MOSFET trong mạch PWM motor
Ví dụ điều khiển motor DC 12 V/5 A bằng PWM từ MCU 3,3 V:
IRLZ44N: V_gs(th) = 1–2 V → mở hoàn toàn ở V_gs = 4,5 V
Cần gate driver nếu MCU 3,3 V: dùng MOSFET gate driver như TC4427 hoặc
transistor NPN đệm (BC547) để nâng lên 12 V gate.
Tổn thất dẫn: P_cond = I² × R_ds(on) = 25 × 0,022 = 0,55 W
Tổn thất chuyển mạch ở 20 kHz: P_sw = 0,5 × V_ds × I_D × (t_r + t_f) × f
≈ 0,5 × 12 × 5 × 100 ns × 20 kHz ≈ 60 mW