MOSFET作为OBC,电调,BMS和Charger,各类数字电源的核心功率器件,想必大家是耳熟能详了。
大家常用的是增强型MOS,大功率主要是N沟道增强型MOS,小功率用P沟通增强型MOS。至于耗尽型,使用的相对比较少了。
P管的主要优势是gate门极驱动电路简单,成本低。参考Si MOSFET领导厂家英飞凌的参考资源,同样的封装下,P管的Rdson比N管大很多,考虑到其优势,仍然在低压小功率场合应用很广。本文列举一些常见的P管应用。
P管Rdson大于N管
P管和N管的内部结构区别如下图:
N管和P管之间的主要区别是反向掺杂分布不同。P管的gate需要负压才能导通,N管的gate施加正压可以导通。流过P管的是空穴电流,流过N管的是电子电流,空穴的迁移率是电子的2~3倍,推动空穴电流的产生要困难很多,由此产生了更大的Rdson。如果是同样的Rdson,P管的尺寸要比N管大2~3倍。随着技术的发展,小功率可以适当降低同样封装下P管的Rdson。上图通过横截面积,电阻率算Rdson的公式,表明了P管的Rdson更大的原因,主要是空穴和电子的迁移率不同造成的。上图是单端正激电源的低边有源钳位,如果是高边有源钳位就必须用N管了,二者的区别就是钳位电路的连接点不同。
上图是BMS电池保护单元的P管,和R_Limit串联,类似PTC。作为预充电使用。电池的充放电背靠背MOSFET依然选择N管,可以把这个P管理解成缓起。不光BMS,很多控制信号的电路前级都是使用P管加PTC或者单N管作为上电的缓起。
上图是防反接应用,防反可以选择二极管,N管,P管。按照手册的比较,P管在EMI和成本上优于N管,在损耗,效率和功率范围内优于二极管,所以P管也是很不错的选择的。上图是线性电池充电器,让P管工作在线性区,损耗较大,所以只适合小电流充电应用。上图是负载开关的应用,包括双向和单向。对于单向,当Vin上电后,给N管一个PWM控制信号让N管导通,然后通过两个电阻分压,P管就导通了,后面N管关闭,因为电容的存在P管依然可以持续导通。对于双向应用,Vin上电,给N管PWM信号,左边P管的续流二极管形成回路让右边P管导通。同样右边上电的话,就通过右边P管的二极管,让左边的P管导通。
上图是DC-DC变换器的应用,包括同步BUCK以及同步Boost电路。上图是马达控制的应用,包括半桥,单管。尤其是24V 30W这种风机水泵,基本都是N+P集成的封装,比如领芯微LCP037AH31ES8的24V落地扇方案,就使用的N+P管合封的封装,MCU内置合封N+P的MOS驱动:参考文献:Infineon P-channel
power MOSFETs
为什么同一个公司搞管理的人一般要比搞技术的人收入高?