現代電子應用需要高開關頻率以實現相應的高效率。功率MOSFET是電力密集型應用中的重要組成部分。它們具有相對較低的門電荷，使其非常適合中高功率的應用場景。這種較低的門電荷減少了驅動電流的要求，從而能夠實現高頻率和更高的效率。

本文探討了中功率MOSFET在各種應用中的優勢、局限性及選擇時的考慮因素。

功率MOSFET在電子應用中的角色

功率MOSFET通常根據其擊穿電壓進行分類。與高功率和超高功率MOSFET(其擊穿電壓范圍分別為400 - 650 V和>700 V)不同，中功率MOSFET的擊穿電壓范圍為30 V到350 V，并提供低至2.6 mΩ(30 V)的門電荷和導通電阻。因此，許多設計師在其電力系統設計中采用中功率MOSFET。

具有較低擊穿電壓范圍的功率MOSFET支持更高的開關速度。例如，ROHM的第六代功率MOSFET系列。它們通常以n溝道和p溝道版本提供，開關頻率可高達100 kHz。將功率MOSFET集成到PCB中對于在較低電壓下實現高開關速度和高效率至關重要，與其他半導體器件(如晶閘管和IGBT)相比，能顯著減少能量損耗和反向恢復時間。

功率MOSFET的優點和局限性

功率MOSFET為廣泛的應用提供了多個優點。這些優點包括：

· 低成本

· 體積小，易于與電力電子集成

· 增強的開關速度

· 在高開關頻率下運行(減少能量損耗)

· 簡單的門驅動電路

· 由于功率的非負系數而熱穩定

· 低導通電阻(有助于限制功率損耗)

· 不需要額外電路進行換流

然而，功率MOSFET的限制在于其阻斷能力是非對稱的。這使它們能夠抵御正向電壓沖擊，但也使其易受反向電壓影響。因此，它們需要額外的二極管來保護反向電壓沖擊。

工業應用中的功率MOSFET

功率MOSFET通常用于電壓要求在350 V閾值范圍內的應用。其低導通電阻特性對大多數應用特別有吸引力。它們減少了功率損耗，確保降低成本、體積和所需的冷卻，從而全面提升電子電力系統的性能。一些利用功率MOSFET的工業應用包括負載開關、DC/DC轉換器、電源和低壓電機控制。

選擇功率MOSFET時需考慮的因素

以下是選擇用于高功率應用的功率MOSFET時需要考慮的重要因素：

· 通道類型

· 最大漏源電壓

· 漏源電阻

· 封裝/外殼

· 門電壓閾值

· 最大直流漏電流

· 門電荷

通道類型

指的是構成器件的硅的性質。n溝道功率MOSFET在門對源施加正電壓時開啟，而p溝道功率MOSFET在門源電壓為負時開啟。了解器件在系統中的位置可以幫助設計師決定哪種類型更為合適。

最大漏源電壓

該額定值是在考慮器件在關閉時能阻擋施加電壓的能力后分配的。大多數設計師遵循的一般指導原則是選擇其電壓額定值是預期施加在漏極上的電壓的兩倍。這是因為在MOSFET集成的電氣系統中，輸入電壓上常見短暫的電壓尖峰。

漏源電阻

這一關鍵參數影響半導體設備在導電時產生的熱量。設計師需要在選擇適合其應用的理想功率MOSFET之前，考慮在特定源擊穿電壓(VGS)和工作溫度下的相應RDS(on)值。

封裝/外殼

MOSFET的封裝/外殼必須根據設計的熱和機械要求進行選擇。此外，板空間和物理布局使設計師偏好某些器件，因為這會影響它們在高電流或功率耗散設計中的熱性能。

柵極電壓閾值

該閾值決定功率MOSFET解決方案開始導電的電壓。因此，較低的門電壓閾值使MOSFET更快地開啟以完全導電。通過考慮控制系統MCU和門驅動器的輸出電壓，設計師可以選擇最適合其應用的功率MOSFET。

最大直流漏電流

這是器件在特定工作溫度下能夠承受的最大電流。通過參考數據表中的安全工作區曲線，系統設計師可以確定其功率MOSFET應用所需的電流。

柵極電荷

將器件完全開啟所需的電荷量稱為門電荷(Qg)。低功率MOSFET的Qg值較低，這導致其在開關操作中具有更高的效率。