【導讀】功率 MOSFET 是最常見(jiàn)的功率半導體，主要原因是因為其柵極驅動(dòng)需要的功率小、以及快速的切換速度，使其成為電機驅動(dòng)時(shí)最常用的功率半導體。本文將為您簡(jiǎn)介功率 MOSFET 的技術(shù)特性，以及由安森美（onsemi）推出的NTBLS1D5N10MC功率MOSFET的產(chǎn)品特性。

MOSFET與IGBT各有優(yōu)勢

功率半導體是電子裝置中電能轉換與電路控制的核心，主要用于改變電子裝置中的電壓和頻率，以及進(jìn)行直流交流轉換等功能，只要在擁有電流電壓及相位轉換的電路系統中，都會(huì )用到功率零部件?；旧?，功率半導體大致可分為功率分立器件與功率集成電路二大類(lèi)，其中，功率分立器件產(chǎn)品包括MOSFET、二極管，及IGBT，當中又以MOSFET與IGBT最為重要。

在低電流區域中，MOSFET的導通電壓低于IGBT，但在高電流區域中，IGBT的導通電壓則低于MOSFET，特別是在高溫條件下，此現象特別明顯。IGBT通常以低于20kHz的開(kāi)關(guān)頻率使用，因為其開(kāi)關(guān)損耗大于單極MOSFET。MOSFET的優(yōu)勢在于可以適用高頻領(lǐng)域，MOSFET工作頻率可以適用在從幾百KHz到幾十MHz的射頻產(chǎn)品，而IGBT到達100KHz幾乎是最佳工作極限。

MOSFET具有輸入阻抗高、驅動(dòng)功率低、開(kāi)關(guān)速度快、無(wú)二次擊穿、安全工作區寬、熱穩定性好等優(yōu)點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，MOSFET適用在攜帶型的充電電池領(lǐng)域，或是移動(dòng)裝置中。至于IGBT則適用在高電壓、大功率的設備，如電機、汽車(chē)動(dòng)力電池等。

N溝道功率MOSFET具有較低的導通電阻和較小尺寸

隨著(zhù)MOSFET及CMOS技術(shù)持續的演進(jìn)，自1960年起集成電路開(kāi)始快速發(fā)展，這也是功率MOSFET的設計得以實(shí)現的原因。功率MOSFET的優(yōu)點(diǎn)是其切換速度快，在低電壓下的高效率，具備容易實(shí)施的并聯(lián)技術(shù)、高帶寬、堅固性、偏壓簡(jiǎn)單、容易使用、也易于維修。功率MOSFET可以應用在許多不同的領(lǐng)域中，包括大部份的電源供應器、直流-直流轉換器、低電壓電機控制器等，以及許多其他的應用。

功率MOSFET按導電溝道可分為P溝道和N溝道，由于N溝道MOSFET具有較低的導通電阻（R_DS(on)）和較小尺寸，N溝道MOSFET在產(chǎn)品應用的選擇性上超過(guò)了P溝道。同步整流器應用則幾乎都是使用N溝道技術(shù)，這主要是因為N溝道的R_DS(on)小于P溝道，并且可通過(guò)在柵極上施加正電壓導通。

功率MOSFET多數是載流子器件，N溝道MOSFET在導電過(guò)程中有電子流動(dòng)，P溝道在導電期間使用被稱(chēng)為空穴的正電荷。電子的流動(dòng)性是空穴的三倍。盡管沒(méi)有直接的相關(guān)性，就R_DS(on)而言，為得到相等的值，P溝道的管芯尺寸大約是N溝道的三倍，因此N溝道的管芯尺寸更小。

用于電機驅動(dòng)的MOSFET驅動(dòng)器

在電機驅動(dòng)系統中，柵極驅動(dòng)器或 “預驅動(dòng)器” IC常與N溝道功率MOSFET一起使用，以提供驅動(dòng)電機所需的大電流。在選擇驅動(dòng)器IC、MOSFET以及某些情況下用到的相關(guān)無(wú)源組件時(shí)，有很多需要考慮的設計因素。

想要為直流電機（無(wú)論是有刷電機，還是三相無(wú)刷電機）設計驅動(dòng)器，便應從電機的特性來(lái)決定驅動(dòng)器的設計細節，其中兩個(gè)主要因素就是電機的工作電壓和電流要求。在一般情況下，電機具有給定的額定電壓和額定電流，但在實(shí)際工作中，這些數值可能與額定值不同。電機的實(shí)際速度取決于所施加的電壓，電機所需的電流取決于所施加的扭矩。因此，驅動(dòng)器設計不一定需要完全滿(mǎn)足電機的規格。

為確保所選功率MOSFET的額定值至少等于電機所需的電源電壓和最大電流，甚至最好留有一定裕量，以確保能夠發(fā)揮最佳的效能。通常MOSFET的漏源電壓額定值（V_DS）應至少比電源電壓高20%。在某些情況下，尤其是在電流大、扭矩步長(cháng)較大、電源控制不良的系統中，MOSFET的額定電流必須足夠高，才能提供電機所需的峰值電流。

此外，散熱也是選擇MOSFET的重點(diǎn)，MOSFET耗散功率會(huì )在漏源電阻R_DS(ON)中產(chǎn)生熱量，包括環(huán)境溫度和MOSFET散熱在內的熱條件，決定了可以耗散的功率，而最大允許功耗最終決定則基于MOSFET的R_DS(ON)值。此外，還需要考慮總柵極電荷（Q_G），柵極電荷用于度量導通和關(guān)斷MOSFET所需的電荷量，較低Q_G的MOSFET更易于驅動(dòng)，與具有較高Q_G的MOSFET相比，它可以以較低的柵極驅動(dòng)電流進(jìn)行更快的切換。

優(yōu)異的功率MOSFET特性滿(mǎn)足應用需求

安森美在功率MOSFET領(lǐng)域在業(yè)界居于領(lǐng)先地位，并針對不同的應用需求，推出各種規格的功率MOSFET，包括用于電源轉換和開(kāi)關(guān)電路的N溝道、P溝道和互補MOSFET。

本文介紹的NTBLS1D5N10MC，是一款單極、N溝道的功率MOSFET，支持TOLL封裝，可輸出100 V、1.53 mΩ、298 A的功率，具備低R_DS(ON)、低總柵極電荷（Q_G）和電容，具有較低的開(kāi)關(guān)噪聲／電磁干擾（EMI），并是無(wú)鉛、無(wú)鹵素／無(wú)溴化阻燃劑（BFR）的器件，并且符合RoHS標準，可最小化傳導損耗，最大限度地減少驅動(dòng)器損失，可應用于電動(dòng)工具、電池供電的真空吸塵器、無(wú)人機、物料搬運、電池管理系統（BMS）／存儲、家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域，常見(jiàn)的最終產(chǎn)品包括電機控制、工業(yè)電源與太陽(yáng)能逆變器等。

結語(yǔ)

電機驅動(dòng)應用相當廣泛，其中功率MOSFET更扮演著(zhù)重要的角色，安森美擁有種類(lèi)多樣的功率MOSFET產(chǎn)品線(xiàn)，其中的NTBLS1D5N10MC單極、N溝道的功率MOSFET將能夠滿(mǎn)足相關(guān)應用的嚴苛需求，是電機驅動(dòng)控制的最佳選擇之一。

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