低壓電源MOSFET設(shè)計(jì)

低壓功率MOSFET設(shè)計(jì)用于以排水源電壓運(yùn)行，通常低于100 V，但具有與高壓設(shè)計(jì)相同的功能。它們非常適合需要高效效率和處理高電流的應(yīng)用，即使電源電壓很低。關(guān)鍵功能包括以下內(nèi)容：
　　

低抗性（RDS（ON））以減少傳導(dǎo)過程中的功率損失，從而提高能源效率。當(dāng)設(shè)備打開時(shí)，低壓MOSFET的排水源電阻特別低，從而地減少了功率損耗。這對于效率至關(guān)重要，因?yàn)榈蚏D（ON）意味著在傳導(dǎo)過程中降低電阻損失高開關(guān)速度，用于快速切換操作；在DC-DC轉(zhuǎn)換器和高頻切換電路等應(yīng)用中至關(guān)重要。由于其先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和材料，低壓MOSFET可以很快打開和關(guān)閉，這是需要高開關(guān)頻率的應(yīng)用，例如開關(guān)模式電源低門電荷，以地減少控制設(shè)備所需的能量，從而減少開關(guān)損耗。這允許門驅(qū)動(dòng)器以更少的功率運(yùn)行高電流密度，因此這些設(shè)備能夠相對于其區(qū)域處理高電流，從而使其非常適合空間受限的應(yīng)用。

低壓功率MOSFET的工作原理與標(biāo)準(zhǔn)MOSFET的工作原理非常相似，但是它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)已優(yōu)化以減少傳導(dǎo)損失并改善熱耗散。在低壓動(dòng)力MOSFET中，底物和門氧化物的設(shè)計(jì)以承受適度的電壓，通常高達(dá)100 V，可降低設(shè)備的尺寸并提高開關(guān)速度。傳統(tǒng)MOSFET的平面結(jié)構(gòu)通常被低壓設(shè)計(jì)中的特殊結(jié)構(gòu)所取代，該結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)較高的電流密度和較低的RDS（ON），從而進(jìn)一步優(yōu)化了低壓應(yīng)用中的性能。
　　

低壓電源MOSFET的優(yōu)點(diǎn)
　　

低壓電源MOSFET提供了幾種優(yōu)勢，使其適合各種應(yīng)用：
　　

能源效率：低RD（ON）有助于地減少功率損失，使其特別適合能源保護(hù)至關(guān)重要的應(yīng)用，例如電池，可再生能源系統(tǒng)和相對便攜的解決方案
　　

高開關(guān)頻率：這種類型的MOSFET可以快速切換，有時(shí)甚至比傳統(tǒng)型號(hào)更快。速度的提高減少了ON和OFF狀態(tài)之間的過渡時(shí)間，從而減少了相關(guān)的損失。這些組件是切換電源和DC-DC轉(zhuǎn)換器的理想選擇
　　

優(yōu)化的熱管理：低RD（ON）導(dǎo)致較低的能量損失，從而導(dǎo)致熱量降低
　　

較低的溫度允許使用更復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)更緊湊的解決方案
　　

低成本：與為更高電壓設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)MOSFET相比，低壓MOSFET通常價(jià)格便宜，因?yàn)樗鼈冃枰^少的絕緣材料和材料。這是一個(gè)非常關(guān)鍵的方面，不應(yīng)被低估。

低壓MOSFET的選擇取決于要實(shí)施的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員必須考慮一些關(guān)鍵因素，例如RDS的值（ON），尤其是當(dāng)涉及的電流高時(shí)，低門的電容，更快的轉(zhuǎn)換，閾值柵極源電壓值決定了MOSFET何時(shí)開始進(jìn)行，重要的是熱穩(wěn)定性，因?yàn)楫a(chǎn)生的熱量可能會(huì)損壞設(shè)備或降低其壽命。在以下段落中，我們將回顧一些低壓MOSFET的模型，并實(shí)施一些簡單的測試和測量。
　　

一些低壓MOSFET模型的測試和模擬
　　

該新類型學(xué)的一個(gè)示例由東芝提供，其低壓（LV）和高效U-MOS IX-H和XH型號(hào)，專門設(shè)計(jì)用于AC/DC電源，動(dòng)力適配器，電源適配器，電源適配器的次級(jí)使用。以及服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心的DC/DC電源。 U-MOS系列也適用于運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，UPS和機(jī)床。它們在切換過程中降低電壓尖峰和共振，以提高總效率。新型號(hào)改善了RDS（ON）和QG/QSW/QOSS之間的權(quán)衡，從U-MOS IX-H和雙面冷卻，的TCH為175°C。這些型號(hào)提高了熱安全邊緣，非常適合需要高功率密度和較小尺寸的應(yīng)用，并且EMI效果較少。新技術(shù)通過采用改善的冷凍功能，低壓尖峰和有限的電阻量和電感載荷來減少開關(guān)噪聲。
　　

圖1比較兩種類型的東芝MOSFET，TPH1R306PL（高速開關(guān)類型）和TPH1R306P1（低尖峰類型），顯示了在電阻和電感載荷條件下的開關(guān)波形。波形顯示在電阻載荷上切換時(shí)MOSFET的行為。 TPH1R306PL（左）在36.8 V處峰值，而TPH1R306P1（右）的較低峰為31.9V。這表明TPH1R306P1的峰響鈴較低，從而降低了開關(guān)過程中電壓尖峰。對于第二個(gè)測試，波形表示帶有電感載荷的MOSFET的行為，這可能會(huì)導(dǎo)致較大的電壓瞬變。 TPH1R306PL（左）在59.2 V處峰值，而TPH1R306P1（右）在38.2 V處峰值。再次，TPH1R306P1再次顯示出更好的瞬態(tài)處理，其峰值遠(yuǎn)低于TPH1R306PL。 TPH1R306P1旨在降低電壓尖峰（“低尖峰”），使其更適合需要更少嘈雜的開關(guān)和電路保護(hù)的應(yīng)用。另一方面，TPH1R306PL可用于速度，但在切換過程中具有較高的電壓尖峰。

圖1：兩個(gè)MOSFET的性能（來源：東芝）

stmicroelectronics還致力于低壓MOSFET的發(fā)展。一個(gè)示例是脫衣舞系列，擊穿電壓范圍為20 V至30 V，超低門電荷和24 V時(shí)的RDS（ON）為1.2毫米。設(shè)計(jì)師可以依靠廣泛的包裝，例如用于緊湊設(shè)計(jì)的PowerFlat SMD和用于高功率設(shè)計(jì)的H2PAK。此外，可以根據(jù)開關(guān)閾值級(jí)別（標(biāo)準(zhǔn)，邏輯和超級(jí)邏輯）選擇模型，以獲得更大的設(shè)計(jì)靈活性。另一位制造商Infineon Technologies也是低壓MOSFET生產(chǎn)的。 N渠道MOSFET的廣泛投資組合從12 V到40 V包括小型和緊湊的模型，具有，中，高功率應(yīng)用的Optimos和strongirfet技術(shù)。 Infineon MOSFET提供了節(jié)省空間的解決方案，不僅可以優(yōu)化熱性能，還可以增加當(dāng)前評分，同時(shí)降低占地面積。 IPP015N04NF2S提供了一個(gè)實(shí)際的示例（見圖2），這是TO-220包裝中的40 V n通道功率strongirfet。該組件的低RD（ON）值為1.5毫米，適用于較低和高開關(guān)頻率的廣泛應(yīng)用。

圖2：IPP015N04NF2S低壓MOSFET（來源：Infineon Technologies）
　　

電力半導(dǎo)體產(chǎn)品開發(fā)的行業(yè)Vishay Siliconix也專注于低壓MOSFET。較低的VDS電壓，以及較低的RD（ON），可地減少每個(gè)設(shè)備電源較高的功率損耗。另外，減少所需組件的數(shù)量。它還在一系列緊湊的模塊中增加了高效設(shè)備的功率密度，這些模塊可實(shí)現(xiàn)PCB優(yōu)化并減少占地面積的要求。雙面冷卻選項(xiàng)支持熱管理設(shè)計(jì)的優(yōu)化。例如，SI2342DS MOSFET（見圖3）是一個(gè)有趣的模型，在VGS電壓為4.5 V上的VD僅為8 V，RDS（ON）為0.017 ohm。功率為2.5 W.

圖3：SI2342DS僅8 V的低壓MOSFET（來源：Vishay Siliconix）