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1、功率 MOSFET 定義

MOSFET 的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor 金屬氧化物半導(dǎo)體），F(xiàn)ET（Field Effect Transistor 場(chǎng)效應(yīng)晶體管），即以金屬層（M）的柵極隔著氧化層（O）利用電場(chǎng)的效應(yīng)來(lái)控制半導(dǎo)體（S）的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管也分為結(jié)型和絕緣柵型,但通常主要指絕緣柵型中的 MOS 型（Metal Oxide Semiconductor FET）,簡(jiǎn)稱(chēng)功率 MOSFET（Power MOSFET）。結(jié)型功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管一般稱(chēng)作靜電感應(yīng)晶體管（Static Induction Transistor--SIT）。其特點(diǎn)是用柵極電壓來(lái)控制漏極電流，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小，開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性?xún)?yōu)于 GTR，但其電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過(guò) 10kW 的電力電子裝置。

2、功率 MOSFET 分類(lèi)

功率 MOSFET 的種類(lèi)：按導(dǎo)電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道。按柵極電壓幅值可分為；耗盡型；當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間就存在導(dǎo)電溝道，增強(qiáng)型；對(duì)于 N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時(shí)才存在導(dǎo)電溝道，功率 MOSFET 主要是 N 溝道增強(qiáng)型。

3、功率 MOSFET 結(jié)構(gòu)

功率 MOSFET 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示；其導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子（多子）參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。導(dǎo)電機(jī)理與小功率 MOS 管相同，但結(jié)構(gòu)上有較大區(qū)別，小功率 MOS 管是橫向?qū)щ娖骷?，功?MOSFET 大都采用垂直導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)為 VMOSFET。

4、功率 MOSFET 工作原理

截止：漏源極間加正電源，柵源極間電壓為零。P 基區(qū)與 N 漂移區(qū)之間形成的 PN 結(jié) J1 反偏，漏源極之間無(wú)電流流過(guò)。

導(dǎo)電：在柵源極間加正電壓 UGS，柵極是絕緣的，所以不會(huì)有柵極電流流過(guò)。但柵極的正電壓會(huì)將其下面 P 區(qū)中的空穴推開(kāi)，而將 P 區(qū)中的少子 - 電子吸引到柵極下面的 P 區(qū)表面

當(dāng) UGS 大于 UT（開(kāi)啟電壓或閾值電壓）時(shí)，柵極下 P 區(qū)表面的電子濃度將超過(guò)空穴濃度，使 P 型半導(dǎo)體反型成 N 型而成為反型層，該反型層形成 N 溝道而使 PN 結(jié) J1 消失，漏極和源極導(dǎo)電。

5、為什么開(kāi)發(fā)功率 MOSFET

當(dāng)把雙極型三極管按照比例進(jìn)步到功率應(yīng)用的時(shí)候，它顯露出一些惱人的局限性。確實(shí)，你仍然可以在洗衣機(jī)、空調(diào)機(jī)和電冰箱中找到它們的蹤影，但是，對(duì)我們這些能夠忍受一定程度的家用電器低效能的一般消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，這些應(yīng)用都是低功率應(yīng)用。在一些 UPS、電機(jī)控制或焊接機(jī)器人中仍然采用雙極型三極管，但是，它們的用途實(shí)際上被限制到小于 10KHz 的應(yīng)用，并且在整體效率成為關(guān)鍵參數(shù)的技術(shù)前沿應(yīng)用中，它們正加速退出。

作為雙極型器件，三極管依靠于被注進(jìn)到基極的少數(shù)載流子來(lái)“擊敗”(電子和空穴)復(fù)合并被再次注進(jìn)集電極。為了維持大的集電極電流，我們要從發(fā)射極一側(cè)把電流注進(jìn)基極，假如可能的話，在基極 / 集電極的邊界恢復(fù)所有的電流(意味著在基極的復(fù)合要保持為最小)。

但是，這意味著當(dāng)我們想要三極管打開(kāi)的時(shí)候，在基極中存在復(fù)合因子低的大量少數(shù)載流子，開(kāi)關(guān)在閉合之前要對(duì)它們進(jìn)行處理，換言之，與所有少數(shù)載流子器件相關(guān)的存儲(chǔ)電荷題目限制了最大工作速度。FET 的主要上風(fēng)目前帶來(lái)了一線曙光：作為多數(shù)載流子器件，不存在已存儲(chǔ)的少數(shù)電荷題目，因此，其工作頻率要高得多。MOSFET 的開(kāi)關(guān)延遲特性完全是由于寄生電容的充電和放電。

人們可能會(huì)說(shuō)：在高頻應(yīng)用中需要開(kāi)關(guān)速度快的 MOSFET，但是，在我的速度相對(duì)較低的電路中，為什么要采用這種器件？答案是直截了當(dāng)?shù)模焊纳菩?。該器件在開(kāi)關(guān)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間間隔期間，既具有大電流，又具有高電壓；由于器件的工作速度更快，所以，所損耗的能量就較少。在很多應(yīng)用中，僅僅這個(gè)上風(fēng)就足以補(bǔ)償較高電壓 MOSFET 存在的導(dǎo)通損耗稍高的題目，例如，假如不用它的話，頻率為 150KHz 以上的開(kāi)關(guān)模式電源(SMPS)根本就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

雙極型三極管受電流驅(qū)動(dòng)，實(shí)際上，由于增益(集電極和基極電流之比)隨集電極電流(IC)的增加而大幅度降低，我們要驅(qū)動(dòng)的電流越大，則我們需要提供給基極的電流也越大。一個(gè)結(jié)果使雙極型三極管開(kāi)始消耗大量的控制功率，從而降低了整個(gè)電路的效率。

使事情更糟糕的是：這種缺點(diǎn)在工作溫度更高的情況下會(huì)加重。另外一個(gè)結(jié)果是需要能夠快速泵出和吸收電流的相當(dāng)復(fù)雜的基極驅(qū)動(dòng)電路。相比之下，(MOS)FET 這種器件在柵極實(shí)際上消耗的電流為零；甚至在 125°C 的典型柵極電流都小于 100nA。一旦寄生電容被充電，由驅(qū)動(dòng)電路提供的泄漏電流就非常低。此外，用電壓驅(qū)動(dòng)比用電流驅(qū)動(dòng)的電路簡(jiǎn)單，這正是(MOS)FET 為什么對(duì)設(shè)計(jì)工程師如此有吸引力的另外一個(gè)原因。

另一方面，其主要優(yōu)點(diǎn)是不存在二次損壞機(jī)制。假如嘗試用雙極型三極管來(lái)阻塞大量的功率，在任何半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的不可避免的本地缺陷將扮演聚集電流的作用，結(jié)果將局部加熱硅片。由于電阻的溫度系數(shù)是負(fù)的，本地缺陷將起到低阻電流路徑的作用，導(dǎo)致流進(jìn)它的電流更多，自身發(fā)熱越來(lái)越多，終極出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的破壞。相比之下，MOSFET 具有正的電阻熱系數(shù)。

另一方面，隨著溫度的升高，RDS(on)增加的劣勢(shì)可以被感察覺(jué)到，由于載子移動(dòng)性在 25°C 和 125°C 之間降低，這個(gè)重要的參數(shù)大概要翻番。再一方面，這同一個(gè)現(xiàn)象帶來(lái)了巨大的上風(fēng)：任何試圖像上述那樣發(fā)生作用的缺陷實(shí)際上都會(huì)從它分流—我們將看到的是“冷卻點(diǎn)”而不是對(duì)雙極器件的“熱門(mén)”特性！這種自冷卻機(jī)制的同等重要的結(jié)果是便于并聯(lián) MOSFET 以提升某種器件的電流性能。

雙極型三極管對(duì)于并聯(lián)非常敏感，要采取預(yù)防措施以平分電流(發(fā)射極穩(wěn)定電阻、快速響應(yīng)電流感應(yīng)反饋環(huán)路)，否則，具有最低飽和電壓的器件會(huì)轉(zhuǎn)移大部分的電流，從而出現(xiàn)上述的過(guò)熱并終極導(dǎo)致短路。

要留意 MOSFET，除了設(shè)計(jì)保險(xiǎn)的對(duì)稱(chēng)電路和平衡柵極之外，它們不需要其它措施就可以被并聯(lián)起來(lái)，所以，它們同等地打開(kāi)，讓所有的三極管中流過(guò)相同大小的電流。此外，好處還在于假如柵極沒(méi)有獲得平衡，并且溝道打開(kāi)的程度不同，這仍然會(huì)導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)條件下存在一定的漏極電流，并且比其它的要稍大。

對(duì)設(shè)計(jì)工程師有吸引力的一個(gè)有用功能是 MOSFET 具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)：在源極和漏極之間存在“寄生”體二極管。盡管它沒(méi)有對(duì)快速開(kāi)關(guān)或低導(dǎo)通損耗進(jìn)行最優(yōu)化，在電感負(fù)載開(kāi)關(guān)應(yīng)用中，它不需要增加額外的本錢(qián)就起到了箝位二極管的作用。

6、功率 MOSFET 器件主要廠家和產(chǎn)品

（以下功率 MOSFET 器件廠商列舉排名不分先后）

TI 德州儀器

NexFE 功率 MOSFET 提供了各種 n 通道和 p 通道分立和模塊解決方案，可以提高效率、功率密度和頻率，并縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

·N 通道 MOSFET 晶體管

TI 提供強(qiáng)大的 n 通道器件，并配備一流的電阻和柵極電荷，可實(shí)現(xiàn)高頻操作和更高的功率密度。

特色產(chǎn)品：

·P 通道 MOSFET 晶體管

TI 的 p 通道器件具有業(yè)界最佳功率密度和最小封裝，并提供易于驅(qū)動(dòng)的低柵極電荷。

特色產(chǎn)品：

·功率 MOSFET 模塊

通過(guò)優(yōu)化并協(xié)同封裝帶 / 不帶驅(qū)動(dòng)器 IC 的 NexFET 功率 MOSFET，TI 的 MOSFET 模塊實(shí)現(xiàn)了出色的開(kāi)關(guān)性能，從而使功率密度、效率和頻率達(dá)到最高水平。

結(jié)構(gòu)圖：

英飛凌

·工業(yè)功率 MOSFET 20V-300V - OptiMOS?和 StrongIRFET?系列

英飛凌高度創(chuàng)新的 OptiMOS?和 StrongIRFET?系列在功率系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵規(guī)格中始終如一地滿足最高的質(zhì)量和性能要求，如導(dǎo)通電阻和品質(zhì)因數(shù)特性。英飛凌是發(fā)電高效解決方案（例如太陽(yáng)能微逆變器），電源（例如服務(wù)器和電信）和功耗（如電動(dòng)車(chē)輛）的市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者。

特色：

通過(guò)減少多相轉(zhuǎn)換器中的相數(shù)來(lái)節(jié)省整個(gè)系統(tǒng)成本；

減少功率損耗并提高所有負(fù)載條件下的效率；

節(jié)省空間，使用最小的封裝，如 DirectFET?/ CanPAK?或系統(tǒng)級(jí)封裝解決方案；

在使外部緩沖網(wǎng)絡(luò)過(guò)時(shí)的系統(tǒng)中減少 EMI，并且易于設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。

·工業(yè)功率 MOSFET 500V-900V - CoolMOS?系列

利用 CoolMOS?的 AC-DC 應(yīng)用使用英飛凌開(kāi)發(fā)的超級(jí)連接原理，從每個(gè) R DS（上）的最低損耗中獲益。這創(chuàng)造出比以往更高效，更緊湊和更冷的電源。 CoolMOS?可用于特定拓?fù)浜蛻?yīng)用的多種技術(shù)。

·汽車(chē)功率 MOSFET 20V-600V - OptiMOS?系列

英飛凌 OptiMOS?將領(lǐng)先的 MOSFET 技術(shù)與強(qiáng)大的封裝相結(jié)合，提供一流的性能和出色的電流容量。憑借我們的 PowerBond 技術(shù)，汽車(chē)合格的 MOSFET 封裝現(xiàn)在具有更高的電流容量。

產(chǎn)品匯總：

美國(guó)微芯

MOSFET 驅(qū)動(dòng)器種類(lèi)：

·半橋 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器

·全橋 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器

·3 相 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器

·高端 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器

·低端 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器

MOSFET 驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品系列：

MIC 系列、TC 系列、MCP 系列

功率 MOSFET 產(chǎn)品系列：

MCP87 系列

瑞薩電子

可用于各種應(yīng)用的產(chǎn)品，如電源，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，高頻放大和負(fù)載開(kāi)關(guān)。

用于開(kāi)關(guān)的 MOSFET

適用于高速切換和負(fù)載開(kāi)關(guān)應(yīng)用。

用于 Oring 的超低 Ron MOS FET

瑞薩開(kāi)發(fā)了超低 RDS（on）功率 MOSFET。這些產(chǎn)品有助于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)的省電和節(jié)省空間。

用于汽車(chē)的功率 MOSFET

瑞薩擁有豐富的產(chǎn)品陣容，其中包括例如滿足汽車(chē)電子部門(mén)要求苛刻條件的 NP 系列。我們還有一個(gè)第八代系列，其中包括一個(gè)單一包裝中的三相電機(jī)系統(tǒng)。

用于放大器的 MOSFET

這些是具有優(yōu)異頻率特性的增強(qiáng)型功率 MOSFET。它們是音頻放大器輸出的理想選擇。

瑞薩部分產(chǎn)品：

安森美

N 溝道、P 溝道和互補(bǔ) MOSFET

安森美半導(dǎo)體提供 N 溝道和 P 溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)，用于電源轉(zhuǎn)換和開(kāi)關(guān)電路。

產(chǎn)品系列：

FDS 系列、FDZ 系列、FPQP 系列、NVATS 系列等。

ADI

ADI 公司的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器系列具有高速、高電流 MOSFET 驅(qū)動(dòng)能力，可以在 AC-DC 和隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器中實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。該系列產(chǎn)品采用符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸規(guī)格，同時(shí)提供過(guò)溫和精密使能保護(hù)特性，可增強(qiáng)系統(tǒng)的整體可靠性和性能。低端驅(qū)動(dòng)器系列 ADP363x/ADP362x 屬于 ADI 公司數(shù)字電源產(chǎn)品系列的配套器件，具有高效率驅(qū)動(dòng)能力和系統(tǒng)安全特性。

產(chǎn)品展示：

特瑞仕

可以實(shí)現(xiàn)低導(dǎo)通電阻，超高速開(kāi)關(guān)特性和高密度安裝。

產(chǎn)品展示：

國(guó)內(nèi)功率 MOSFET 廠商（排名不分先后）：

士蘭微

圣邦微

全志科技

福州瑞芯微電子

立锜科技

上海艾為電子

昂寶電子