功率半導(dǎo)體是電子裝置中電能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換等功能,只要在擁有電流電壓及相位轉(zhuǎn)換的電路系統(tǒng)中,都會用到功率零部件?基本上,功率半導(dǎo)體大致可分為功率分立器件與功率集成電路二大類,其中,功率分立器件產(chǎn)品包括MOSFET?二極管,及IGBT,當(dāng)中又以MOSFET與IGBT最為重要?
在低電流區(qū)域中,MOSFET的導(dǎo)通電壓低于IGBT,但在高電流區(qū)域中,IGBT的導(dǎo)通電壓則低于MOSFET,特別是在高溫條件下,此現(xiàn)象特別明顯?IGBT通常以低于20kHz的開關(guān)頻率使用,因為其開關(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(dá)100KHz幾乎是最佳工作極限?
MOSFET具有輸入阻抗高?驅(qū)動功率低?開關(guān)速度快?無二次擊穿?安全工作區(qū)寬?熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn),一般來說,MOSFET適用在攜帶型的充電電池領(lǐng)域,或是移動裝置中?至于IGBT則適用在高電壓?大功率的設(shè)備,如電機(jī)?汽車動力電池等?
N溝道功率MOSFET具有較低的導(dǎo)通電阻和較小尺寸
隨著MOSFET及CMOS技術(shù)持續(xù)的演進(jìn),自1960年起集成電路開始快速發(fā)展,這也是功率MOSFET的設(shè)計得以實現(xiàn)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,具備容易實施的并聯(lián)技術(shù)?高帶寬?堅固性?偏壓簡單?容易使用?也易于維修?功率MOSFET可以應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域中,包括大部份的電源供應(yīng)器?直流-直流轉(zhuǎn)換器?低電壓電機(jī)控制器等,以及許多其他的應(yīng)用?
功率MOSFET按導(dǎo)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(dǎo)通電阻(RDS(on))和較小尺寸,N溝道MOSFET在產(chǎn)品應(yīng)用的選擇性上超過了P溝道?同步整流器應(yīng)用則幾乎都是使用N溝道技術(shù),這主要是因為N溝道的RDS(on)小于P溝道,并且可通過在柵極上施加正電壓導(dǎo)通?
功率MOSFET多數(shù)是載流子器件,N溝道MOSFET在導(dǎo)電過程中有電子流動,P溝道在導(dǎo)電期間使用被稱為空穴的正電荷?電子的流動性是空穴的三倍?盡管沒有直接的相關(guān)性,就RDS(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(jī)驅(qū)動的MOSFET驅(qū)動器
在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中,柵極驅(qū)動器或 “預(yù)驅(qū)動器” IC常與N溝道功率MOSFET一起使用,以提供驅(qū)動電機(jī)所需的大電流?在選擇驅(qū)動器IC?MOSFET以及某些情況下用到的相關(guān)無源組件時,有很多需要考慮的設(shè)計因素?
想要為直流電機(jī)(無論是有刷電機(jī),還是三相無刷電機(jī))設(shè)計驅(qū)動器,便應(yīng)從電機(jī)的特性來決定驅(qū)動器的設(shè)計細(xì)節(jié),其中兩個主要因素就是電機(jī)的工作電壓和電流要求?在一般情況下,電機(jī)具有給定的額定電壓和額定電流,但在實際工作中,這些數(shù)值可能與額定值不同?電機(jī)的實際速度取決于所施加的電壓,電機(jī)所需的電流取決于所施加的扭矩?因此,驅(qū)動器設(shè)計不一定需要完全滿足電機(jī)的規(guī)格?
為確保所選功率MOSFET的額定值至少等于電機(jī)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(VDS)應(yīng)至少比電源電壓高20%?在某些情況下,尤其是在電流大?扭矩步長較大?電源控制不良的系統(tǒng)中,MOSFET的額定電流必須足夠高,才能提供電機(jī)所需的峰值電流?
此外,散熱也是選擇MOSFET的重點(diǎn),MOSFET耗散功率會在漏源電阻RDS(ON)中產(chǎn)生熱量,包括環(huán)境溫度和MOSFET散熱在內(nèi)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RDS(ON)值?此外,還需要考慮總柵極電荷(QG),柵極電荷用于度量導(dǎo)通和關(guān)斷MOSFET所需的電荷量,較低QG的MOSFET更易于驅(qū)動,與具有較高QG的MOSFET相比,它可以以較低的柵極驅(qū)動電流進(jìn)行更快的切換? 買電子元器件現(xiàn)貨上唯樣商城
優(yōu)異的功率MOSFET特性滿足應(yīng)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(yīng)用需求,推出各種規(guī)格的功率MOSFET,包括用于電源轉(zhuǎn)換和開關(guān)電路的N溝道?P溝道和互補(bǔ)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RDS(ON)?低總柵極電荷(QG)和電容,具有較低的開關(guān)噪聲/電磁干擾(EMI),并是無鉛?無鹵素/無溴化阻燃劑(BFR)的器件,并且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn),可最小化傳導(dǎo)損耗,最大限度地減少驅(qū)動器損失,可應(yīng)用于電動工具?電池供電的真空吸塵器?無人機(jī)?物料搬運(yùn)?電池管理系統(tǒng)(BMS)/存儲?家庭自動化等領(lǐng)域,常見的最終產(chǎn)品包括電機(jī)控制?工業(yè)電源與太陽能逆變器等?
結(jié)語
電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用相當(dāng)廣泛,其中功率MOSFET更扮演著重要的角色,安森美擁有種類多樣的功率MOSFET產(chǎn)品線,其中的NTBLS1D5N10MC單極?N溝道的功率MOSFET將能夠滿足相關(guān)應(yīng)用的嚴(yán)苛需求,是電機(jī)驅(qū)動控制的最佳選擇之一?
