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功率MOSFET有二種類(lèi)型：N溝通和P溝道，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，選擇N管還是P管，要針對(duì)實(shí)際的應(yīng)用具體來(lái)選擇。下面先討論這二種溝道的功率MOSFET的特征，然后再論述選擇的原則。

圖1列出這二種溝道功率MOSFET的結(jié)構(gòu)，都是溝槽型Trench結(jié)構(gòu)。從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，襯底都是漏極D，但半導(dǎo)體的類(lèi)型不同：N溝道的漏極是N型半導(dǎo)體，P溝道的漏極是P型半導(dǎo)體。

當(dāng)N溝道的功率MOSFET的G極、S極加上正向電壓后，在G極的下面的P型體區(qū)，就會(huì)形成一個(gè)非常薄的反型層N型，這樣D極的N、反型層N、S極的N，就會(huì)形成導(dǎo)通的路徑。

P溝道的工作原理和N溝道類(lèi)似，從上面導(dǎo)通過(guò)程可以看到：功率MOSFET是單極性器，N溝道的功率MOSFET只有電子導(dǎo)電，P溝道的功率MOSFET只有空穴導(dǎo)電。

硅半導(dǎo)體中，由于熱能的存在，電子和空穴，統(tǒng)稱(chēng)為載流子，在晶格中不停的運(yùn)動(dòng)，與晶格的其它原子發(fā)生碰撞，使它們的運(yùn)動(dòng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)、減速或加速。電子和空穴二次碰撞間移動(dòng)的距離稱(chēng)為平均自由程，通常用二次晶格碰撞的平均時(shí)間tc表示。

另外，電子和空穴，在電場(chǎng)的作用下，沿著特征的方向產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為載流子的漂移。載流子由于電場(chǎng)的作用在晶格中平均移動(dòng)的速度稱(chēng)為漂移速度。載流子的漂移速度和電場(chǎng)成正比，比例系數(shù)稱(chēng)為遷移率u。

遷移率和tc成正比，由于空穴的有效質(zhì)量比較大，因此在同樣的摻雜濃度下，空穴的遷移率遠(yuǎn)小于電子，這意味著：同樣的晶元面積，P溝道的功率MOSFET的導(dǎo)通電阻也遠(yuǎn)大于N溝道的功率MOSFET。

N溝道的功率MOSFET連接方式：電源輸入正極連接到D極，由S極輸出；驅(qū)動(dòng)電壓的正加在G極，驅(qū)動(dòng)電壓的負(fù)加在S極。

P溝道的功率MOSFET連接方式：電源輸入正極連接到S極，由D極輸出；驅(qū)動(dòng)電壓的正加在S極，驅(qū)動(dòng)電壓的負(fù)加在G極。

這樣的連接方式導(dǎo)致二種溝道的功率MOSFET的驅(qū)動(dòng)方式不同，P溝道的S極連接的是電源的正極，這個(gè)電壓總是大于地電位，因此，相對(duì)于S極，只要將G極拉低到低于電源的電壓一定的值，就可以導(dǎo)通，如圖3所示，R1/R2將輸入的電壓分壓，保證穩(wěn)定時(shí)加在G、S上的最大電壓不超過(guò)其額定值。

N溝道的G極電壓必須大于S極才能導(dǎo)通工作，如果S極連接到地電位，可以直接驅(qū)動(dòng)，如圖3所示，橋式電路橋臂的下管。如果S極的電壓不是連接到地，如圖3中橋式電路橋臂的上管，S極的電壓是變動(dòng)的，如果要驅(qū)動(dòng)MOSFET正常的工作，必須保證在使用的過(guò)程，G極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的供電電源的負(fù)端連接在S極上。相對(duì)于系統(tǒng)的電源地，G極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的供電電源的負(fù)端相當(dāng)于浮在S極上，就是常說(shuō)的浮驅(qū)、浮地或自舉電源。

從上面的分析可以看到，如果功率MOSFET的S極連接的是輸入電源的地，那么選用N溝道的功率MOSFET，可以直接驅(qū)動(dòng)。如果功率MOSFET的S極連接的是輸入電源正端，那么選用P溝道的功率MOSFET，也可以直接驅(qū)動(dòng)。

對(duì)于一個(gè)橋式電路的上下橋臂，上管使用P溝道的功率MOSFET，可以直接驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。如果上管選用N溝道的功率MOSFET，那么必須采用浮驅(qū)或自舉電路，驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜。對(duì)于下管，使用N溝道的功率MOSFET，可以直接驅(qū)動(dòng)。

筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器等通常使用風(fēng)扇給CPU和系統(tǒng)散熱，打印機(jī)進(jìn)紙系統(tǒng)使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，吸塵器、空氣凈化器、電風(fēng)扇等白家電的電機(jī)控制電路，都使用全橋電路結(jié)構(gòu)，每個(gè)橋臂上管使用P管，下管使用N管，而且將P管和N管封裝在一起，這樣系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，元件數(shù)量少，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，得到廣泛使用，如AO4618。

大功率MOSFET或IGBT的驅(qū)動(dòng)器有時(shí)候需要外接上、下對(duì)管組成的圖騰驅(qū)動(dòng)器來(lái)增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)的能力，使用MOSFET對(duì)管組成的圖騰驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)速度非�？欤虼嗽谝恍┬枰咚衮�(qū)動(dòng)的系統(tǒng)中得到使用。使用P管和N管封裝在一起的對(duì)管組成的圖騰驅(qū)動(dòng)器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元件數(shù)量少。

在次級(jí)同步整流電路中，通常選用低導(dǎo)通電阻、低Qg的N溝道的功率MOSFET。現(xiàn)在的設(shè)計(jì)大多將同步整流功率MOSFET放在低端，而不是放在高端，優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，但帶來(lái)的問(wèn)題是：由于輸出的地相對(duì)是浮動(dòng)的，因此會(huì)產(chǎn)生EMI的問(wèn)題。

如果是+48V的系統(tǒng)，熱插撥的功率MOSFET使用N溝道放在低端，雖然可以直接驅(qū)動(dòng)，但輸出地會(huì)產(chǎn)生浮動(dòng)的問(wèn)題。使用P溝道的功率管放在高端，驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單，但是這個(gè)電壓規(guī)格的P溝道的功率管的導(dǎo)通電阻大，而且成本高，因此一些半導(dǎo)體公司就開(kāi)發(fā)了一些熱插撥的控制芯片，在芯片內(nèi)部集成充電泵，實(shí)現(xiàn)自舉浮動(dòng)。

筆記本電腦輸入電壓為19V，進(jìn)入系統(tǒng)前，通常在輸入的回路串聯(lián)二個(gè)背靠背的功率MOSFET，就是它們的D極是連接在一起的，這二個(gè)功率MOSFET有二個(gè)作用：

· 其中的一個(gè)相當(dāng)于負(fù)載開(kāi)關(guān)，限制輸入的浪涌電流。

由于浮地的原因，這二個(gè)背靠背的功率管不能放在低端，也就是不能串聯(lián)接入輸入地，必須放在高端，也就是串聯(lián)接入輸入電源的正端回路。

以前這二個(gè)背靠背的功率管都采用P溝道的功率管，現(xiàn)在的系統(tǒng)對(duì)于成本和功耗的要求越來(lái)越高，P溝道的功率MOSFET的導(dǎo)通電阻大，正常工作的時(shí)候，靜態(tài)功耗也比較大，而且成本也高，選型的種類(lèi)少。為了解決高端自舉驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，一些半導(dǎo)體公司也開(kāi)發(fā)了針對(duì)筆記本電腦應(yīng)用的集成負(fù)載開(kāi)關(guān)和電池充電等功能的控制芯片，在芯片內(nèi)部集成充電泵，實(shí)現(xiàn)自舉浮動(dòng)。即便如此，仍然有些系統(tǒng)采用容易驅(qū)動(dòng)的P管。

筆記本電腦、電視機(jī)等應(yīng)用中，板上的5V、3.3V等電源的負(fù)載開(kāi)關(guān)，仍然采用驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單的P管作為控制管。

以前筆記本電腦的CCFL背光使用全橋或半橋電路，和風(fēng)扇控制電路相似，每個(gè)橋臂上管使用P管，下管使用N管，而且將P管和N管封裝在一起，這樣的結(jié)構(gòu)曾經(jīng)得到廣泛使用。后來(lái)LED背光的大量使用，CCFL逐漸退出這個(gè)市場(chǎng)。

文章來(lái)源：微信公眾號(hào) 融創(chuàng)芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購(gòu)買(mǎi)服務(wù)平臺(tái)，項(xiàng)目眾包平臺(tái)，方案共享平臺(tái)）

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