在功率器件MOS管的選擇上,工程師普遍傾向于選用N溝道MOSFET。實際還真有這么一回事,這是由MOS管物理特性和電路實現方式所決定的。
一、N溝道MOSFET的優勢
(1)導通電阻更低:對于相同尺寸、相同工藝的MOSFET,N溝道器件的電子遷移率(electron mobility)遠高于P溝道中的空穴遷移率,因此其導通電阻(Rds(on))通常更低。另外,低導通電阻意味著在相同電流條件下損耗更小、發熱更低、效率更高。
(2)漏源電壓承受能力更強:N溝道MOSFET能夠在較小的芯片面積下實現更高的擊穿電壓,這讓其在高壓應用中更具競爭力。
(3)電流承載能力大:由于其結構和物理特性,N溝道器件在相同條件下能承載更大的電流,適合高功率場合,如電源轉換、馬達驅動等。
(4)開關速度快:N溝道MOSFET具有更小的電荷存儲量(特別是柵極電荷Qg),因此其開關速度更快,適用于高頻應用,例如開關電源和DC-DC轉換器。
(5)更好的散熱特性:低Rds(on)帶來更小的功耗,進而減輕了散熱設計的壓力。這使得系統在相同封裝下能夠處理更高的功率。
(6)成本與驅動電路優勢:對于低端應用,N溝道MOSFET往往比P溝道便宜。許多情況下,N溝道器件的驅動方式更靈活,能直接配合標準的驅動芯片使用,從而簡化電路設計,降低整體成本。
二、P溝道MOSFET的優勢與應用場景
雖然N溝道在多數性能指標上勝出,但P溝道MOSFET也有其獨特的價值,尤其是在電路簡化和低邊驅動方面:
(1)驅動更簡單(高邊開關場景)
在高邊(high-side)開關應用中,P溝道MOSFET可以直接通過柵極下拉實現導通,不需要額外的電平提升(bootstrapping)電路。對于電池供電設備、便攜式電子產品,這大大簡化了設計,降低了元件數量。
(2)低電壓、低功耗應用更方便
在小電流、低壓場景下,P溝道的Rds(on)劣勢不明顯,反而因簡化的驅動電路而更具性價比。
(3)節省空間和設計時間
對于一些消費類電子(如手機、筆記本、穿戴設備),電路板空間有限,P溝道MOSFET往往能減少外圍元件數量,從而節省PCB面積并縮短開發周期。
三、N溝道與P溝道的典型應用對比
(1)N溝道MOSFET常見應用
開關電源的低邊和高邊(配合驅動器)開關;
馬達驅動器和H橋電路;
DC-DC降壓轉換器的主開關管;
高頻開關、功率放大。
(2)P溝道MOSFET常見應用
電池反接保護;
便攜式設備的高邊電源開關;
簡化驅動電路的小電流控制;
電源管理中的負載開關(Load Switch)。
雖然N溝道MOSFET因其低導通電阻、高效率、強電流能力、低成本等而成為絕大多數功率應用的首選。但是,在一些對驅動電路簡潔度要求更高的應用中,P溝道MOSFET依然占據一席之地。
以上就是英銳恩單片機開發工程師分享的功率器件MOS管的選擇方向。英銳恩專注單片機應用方案設計與開發,提供8位單片機、32位單片機。