【導讀】功率 MOSFET 是最常見的功率半導體，主要原因是因為其柵極驅動需要的功率小、以及快速的切換速度，使其成為電機驅動時最常用的功率半導體。本文將為您簡介功率 MOSFET 的技術特性，以及由安森美（onsemi）推出的NTBLS1D5N10MC功率MOSFET的產品特性。
MOSFET與IGBT各有優勢
功率半導體是電子裝置中電能轉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，以及進行直流交流轉換等功能，只要在擁有電流電壓及相位轉換的電路系統中，都會用到功率零部件。基本上，功率半導體大致可分為功率分立器件與功率集成電路二大類，其中，功率分立器件產品包括MOSFET、二極管，及IGBT，當中又以MOSFET與IGBT最為重要。
在低電流區域中，MOSFET的導通電壓低于IGBT，但在高電流區域中，IGBT的導通電壓則低于MOSFET，特別是在高溫條件下，此現象特別明顯。IGBT通常以低于20kHz的開關頻率使用，因為其開關損耗大于單極MOSFET。MOSFET的優勢在于可以適用高頻領域，MOSFET工作頻率可以適用在從幾百KHz到幾十MHz的射頻產品，而IGBT到達100KHz幾乎是最佳工作極限。
MOSFET具有輸入阻抗高、驅動功率低、開關速度快、無二次擊穿、安全工作區寬、熱穩定性好等優點，一般來說，MOSFET適用在攜帶型的充電電池領域，或是移動裝置中。至于IGBT則適用在高電壓、大功率的設備，如電機、汽車動力電池等。
N溝道功率MOSFET具有較低的導通電阻和較小尺寸
隨著MOSFET及CMOS技術持續的演進，自1960年起集成電路開始快速發展，這也是功率MOSFET的設計得以實現的原因。功率MOSFET的優點是其切換速度快，在低電壓下的高效率，具備容易實施的并聯技術、高帶寬、堅固性、偏壓簡單、容易使用、也易于維修。功率MOSFET可以應用在許多不同的領域中，包括大部份的電源供應器、直流-直流轉換器、低電壓電機控制器等，以及許多其他的應用。
功率MOSFET按導電溝道可分為P溝道和N溝道，由于N溝道MOSFET具有較低的導通電阻（RDS(on)）和較小尺寸，N溝道MOSFET在產品應用的選擇性上超過了P溝道。同步整流器應用則幾乎都是使用N溝道技術，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通。
功率MOSFET多數是載流子器件，N溝道MOSFET在導電過程中有電子流動，P溝道在導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。
用于電機驅動的MOSFET驅動器
在電機驅動系統中，柵極驅動器或 “預驅動器” IC常與N溝道功率MOSFET一起使用，以提供驅動電機所需的大電流。在選擇驅動器IC、MOSFET以及某些情況下用到的相關無源組件時，有很多需要考慮的設計因素。
想要為直流電機（無論是有刷電機，還是三相無刷電機）設計驅動器，便應從電機的特性來決定驅動器的設計細節，其中兩個主要因素就是電機的工作電壓和電流要求。在一般情況下，電機具有給定的額定電壓和額定電流，但在實際工作中，這些數值可能與額定值不同。電機的實際速度取決于所施加的電壓，電機所需的電流取決于所施加的扭矩。因此，驅動器設計不一定需要完全滿足電機的規格。
為確保所選功率MOSFET的額定值至少等于電機所需的電源電壓和最大電流，甚至最好留有一定裕量，以確保能夠發揮最佳的效能。通常MOSFET的漏源電壓額定值（VDS）應至少比電源電壓高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中，MOSFET的額定電流必須足夠高，才能提供電機所需的峰值電流。
此外，散熱也是選擇MOSFET的重點，MOSFET耗散功率會在漏源電阻RDS(ON)中產生熱量，包括環境溫度和MOSFET散熱在內的熱條件，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通和關斷MOSFET所需的電荷量，較低QG的MOSFET更易于驅動，與具有較高QG的MOSFET相比，它可以以較低的柵極驅動電流進行更快的切換。
優異的功率MOSFET特性滿足應用需求
安森美在功率MOSFET領域在業界居于領先地位，并針對不同的應用需求，推出各種規格的功率MOSFET，包括用于電源轉換和開關電路的N溝道、P溝道和互補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標準，可最小化傳導損耗，最大限度地減少驅動器損失，可應用于電動工具、電池供電的真空吸塵器、無人機、物料搬運、電池管理系統（BMS）／存儲、家庭自動化等領域，常見的最終產品包括電機控制、工業電源與太陽能逆變器等。
結語
電機驅動應用相當廣泛，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產品線，其中的NTBLS1D5N10MC單極、N溝道的功率MOSFET將能夠滿足相關應用的嚴苛需求，是電機驅動控制的最佳選擇之一。
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