最全功率MOSFET器件知識和廠家匯總

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1、功率 MOSFET 定義

MOSFET 的原意是：MOS（Metal Oxide Semiconductor 金屬氧化物半導體），F(xiàn)ET（Field Effect Transistor 場效應晶體管），即以金屬層（M）的柵極隔著氧化層（O）利用電場的效應來控制半導體（S）的場效應晶體管。

功率場效應晶體管也分為結(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）,簡稱功率 MOSFET（Power MOSFET）。結(jié)型功率場效應晶體管一般稱作靜電感應晶體管（Static Induction Transistor--SIT）。其特點是用柵極電壓來控制漏極電流，驅(qū)動電路簡單，需要的驅(qū)動功率小，開關速度快，工作頻率高，熱穩(wěn)定性優(yōu)于 GTR，但其電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過 10kW 的電力電子裝置。

2、功率 MOSFET 分類

功率 MOSFET 的種類：按導電溝道可分為 P 溝道和 N 溝道。按柵極電壓幅值可分為；耗盡型；當柵極電壓為零時漏源極之間就存在導電溝道，增強型；對于 N（P）溝道器件，柵極電壓大于（小于）零時才存在導電溝道，功率 MOSFET 主要是 N 溝道增強型。

3、功率 MOSFET 結(jié)構(gòu)

功率 MOSFET 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示；其導通時只有一種極性的載流子（多子）參與導電，是單極型晶體管。導電機理與小功率 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 大都采用垂直導電結(jié)構(gòu)，又稱為 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，漏源極之間無電流流過。

導電：在柵源極間加正電壓 UGS，柵極是絕緣的，所以不會有柵極電流流過。但柵極的正電壓會將其下面 P 區(qū)中的空穴推開，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 UGS 大于 UT（開啟電壓或閾值電壓）時，柵極下 P 區(qū)表面的電子濃度將超過空穴濃度，使 P 型半導體反型成 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，漏極和源極導電。

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5、為什么開發(fā)功率 MOSFET

當把雙極型三極管按照比例進步到功率應用的時候，它顯露出一些惱人的局限性。確實，你仍然可以在洗衣機、空調(diào)機和電冰箱中找到它們的蹤影，但是，對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者來說，這些應用都是低功率應用。在一些 UPS、電機控制或焊接機器人中仍然采用雙極型三極管，但是，它們的用途實際上被限制到小于 10KHz 的應用，并且在整體效率成為關鍵參數(shù)的技術前沿應用中，它們正加速退出。

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

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

人們可能會說：在高頻應用中需要開關速度快的 MOSFET，但是，在我的速度相對較低的電路中，為什么要采用這種器件？答案是直截了當?shù)模焊纳菩?。該器件在開關狀態(tài)的持續(xù)時間間隔期間，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。在很多應用中，僅僅這個上風就足以補償較高電壓 MOSFET 存在的導通損耗稍高的題目，例如，假如不用它的話，頻率為 150KHz 以上的開關模式電源(SMPS)根本就無法實現(xiàn)。

雙極型三極管受電流驅(qū)動，實際上，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)動的電流越大，則我們需要提供給基極的電流也越大。一個結(jié)果使雙極型三極管開始消耗大量的控制功率，從而降低了整個電路的效率。

使事情更糟糕的是：這種缺點在工作溫度更高的情況下會加重。另外一個結(jié)果是需要能夠快速泵出和吸收電流的相當復雜的基極驅(qū)動電路。相比之下，(MOS)FET 這種器件在柵極實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)動電路提供的泄漏電流就非常低。此外，用電壓驅(qū)動比用電流驅(qū)動的電路簡單，這正是(MOS)FET 為什么對設計工程師如此有吸引力的另外一個原因。

另一方面，其主要優(yōu)點是不存在二次損壞機制。假如嘗試用雙極型三極管來阻塞大量的功率，在任何半導體結(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)是負的，本地缺陷將起到低阻電流路徑的作用，導致流進它的電流更多，自身發(fā)熱越來越多，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)增加的劣勢可以被感察覺到，由于載子移動性在 25°C 和 125°C 之間降低，這個重要的參數(shù)大概要翻番。再一方面，這同一個現(xiàn)象帶來了巨大的上風：任何試圖像上述那樣發(fā)生作用的缺陷實際上都會從它分流—我們將看到的是“冷卻點”而不是對雙極器件的“熱門”特性！這種自冷卻機制的同等重要的結(jié)果是便于并聯(lián) MOSFET 以提升某種器件的電流性能。

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

要留意 MOSFET，除了設計保險的對稱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，所以，它們同等地打開，讓所有的三極管中流過相同大小的電流。此外，好處還在于假如柵極沒有獲得平衡，并且溝道打開的程度不同，這仍然會導致穩(wěn)態(tài)條件下存在一定的漏極電流，并且比其它的要稍大。

對設計工程師有吸引力的一個有用功能是 MOSFET 具有獨特的結(jié)構(gòu)：在源極和漏極之間存在“寄生”體二極管。盡管它沒有對快速開關或低導通損耗進行最優(yōu)化，在電感負載開關應用中，它不需要增加額外的本錢就起到了箝位二極管的作用。

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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)品上市時間。

·N 通道 MOSFET 晶體管

TI 提供強大的 n 通道器件，并配備一流的電阻和柵極電荷，可實現(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)動的低柵極電荷。

特色產(chǎn)品：

·功率 MOSFET 模塊

通過優(yōu)化并協(xié)同封裝帶 / 不帶驅(qū)動器 IC 的 NexFET 功率 MOSFET，TI 的 MOSFET 模塊實現(xiàn)了出色的開關性能，從而使功率密度、效率和頻率達到最高水平。

結(jié)構(gòu)圖：

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英飛凌

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·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)設計的關鍵規(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（例如太陽能微逆變器），電源（例如服務器和電信）和功耗（如電動車輛）的市場領導者。

特色：

通過減少多相轉(zhuǎn)換器中的相數(shù)來節(jié)省整個系統(tǒng)成本；

減少功率損耗并提高所有負載條件下的效率；

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

在使外部緩沖網(wǎng)絡過時的系統(tǒng)中減少 EMI，并且易于設計的產(chǎn)品。

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

利用 CoolMOS?的 AC-DC 應用使用英飛凌開發(fā)的超級連接原理，從每個 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?可用于特定拓撲和應用的多種技術。

·汽車功率 MOSFET 20V-600V - OptiMOS?系列

英飛凌 OptiMOS?將領先的 MOSFET 技術與強大的封裝相結(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，汽車合格的 MOSFET 封裝現(xiàn)在具有更高的電流容量。

產(chǎn)品匯總：

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美國微芯

MOSFET 驅(qū)動器種類：

·半橋 MOSFET 驅(qū)動器

·全橋 MOSFET 驅(qū)動器

·3 相 MOSFET 驅(qū)動器

·高端 MOSFET 驅(qū)動器

·低端 MOSFET 驅(qū)動器

MOSFET 驅(qū)動器產(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

可用于各種應用的產(chǎn)品，如電源，電機驅(qū)動，高頻放大和負載開關。

用于開關的 MOSFET

適用于高速切換和負載開關應用。

用于 Oring 的超低 Ron MOS FET

瑞薩開發(fā)了超低 RDS（on）功率 MOSFET。 這些產(chǎn)品有助于網(wǎng)絡服務器和存儲系統(tǒng)的省電和節(jié)省空間。

用于汽車的功率 MOSFET

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

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安森美

N 溝道、P 溝道和互補 MOSFET

安森美半導體提供 N 溝道和 P 溝道金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)，用于電源轉(zhuǎn)換和開關電路。

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)動器系列具有高速、高電流 MOSFET 驅(qū)動能力，可以在 AC-DC 和隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器中實現(xiàn)高效開關轉(zhuǎn)換。該系列產(chǎn)品采用符合工業(yè)標準尺寸規(guī)格，同時提供過溫和精密使能保護特性，可增強系統(tǒng)的整體可靠性和性能。低端驅(qū)動器系列 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)動能力和系統(tǒng)安全特性。

產(chǎn)品展示：

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特瑞仕

可以實現(xiàn)低導通電阻，超高速開關特性和高密度安裝。

產(chǎn)品展示：

國內(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

福州瑞芯微電子

立锜科技

上海艾為電子

昂寶電子

星辰半導體

炬力集成等。?

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