無需額外電壓源或電荷泵即可驅動高端 (HS) p 通道 MOSFET，這十分簡單，從而可顯著簡化設計、節(jié)省空間、減少零件數(shù)量并提高成本效率。

n 溝道功率 MOSFET 需要正柵極源電壓才能激活，而 p 溝道 MOSFET 則需要負柵極源電壓。 圖 1 使用橫截面視圖說明了 n 溝道和 p 溝道 MOSFET 之間的差異。

它們的反向摻雜分布是主要區(qū)別：p 通道 MOSFET 依靠空穴作為多數(shù)電荷載流子，產生空穴電流，而 n 通道器件利用電子，產生電子電流。由于電子的遷移率較高，約為空穴的兩到三倍，因此在 p 通道器件中移動空穴比在 n 通道器件中移動電子更具挑戰(zhàn)性。

這種方法會導致 p 溝道 MOSFET 的面積特定導通電阻高于 n 溝道 MOSFET。因此，對于芯片尺寸與 n 溝道 MOSFET 相同的 p 溝道 MOSFET 而言，實現(xiàn)等效導通電阻 (R DS(on) ) 性能是不切實際的。

圖 1：n 溝道和 p 溝道功率 MOSFET 的橫截面比較

為了實現(xiàn)與 n 溝道 MOSFET 類似的導通電阻 R DS(on) ，p 溝道 MOSFET 需要兩到三倍大的芯片尺寸。因此，在電流更大的應用中，低傳導損耗至關重要，具有非常低 R DS(on)的大芯片 p 溝道 MOSFET 不是最佳選擇。

雖然 p 溝道器件的芯片尺寸較大，可以提高熱性能，但其開關損耗較大，固有電容較大。當系統(tǒng)以高開關頻率運行時，這一缺點會嚴重影響整體效率、熱管理和系統(tǒng)成本。

在傳導損耗較大的低頻應用中，p 溝道 MOSFET 應與 n 溝道 MOSFET 的 R DS(on)相匹配 ，因此需要更大的芯片面積。相反，在優(yōu)先考慮開關損耗的高頻應用中，p 溝道 MOSFET 應與 n 溝道 MOSFET 的總柵極電荷一致，通常具有相似的芯片尺寸，但額定電流較低。

因此，選擇正確的 p 溝道 MOSFET 需要仔細考慮器件 RDS (on) 和柵極電荷 (Qg )規(guī)格以及熱性能。

Littelfuse 的 P 通道功率 MOSFET

傳統(tǒng)上，P 通道功率 MOSFET 的應用范圍有限。然而，最近低壓 (LV) 應用需求的增加為 P 通道功率 MOSFET 創(chuàng)造了更廣闊的應用范圍。

Littelfuse提供一系列符合工業(yè)要求的 p 通道功率 MOSFET，它們具有最高的電壓等級額定值、最低的 R DS(on) 和 Q g 、高雪崩能量額定值、出色的開關性能和卓越的安全工作區(qū) (SOA)，在標準工業(yè)和獨特的隔離封裝中均具有一流的性能。

Littelfuse p 通道功率 MOSFET 保留了同類 n 通道功率 MOSFET 的基本特性，例如快速開關、高效柵極電壓控制和出色的溫度穩(wěn)定性。Littelfuse p 通道解決方案適用于 HS 應用，其簡單性使其對非隔離負載點和 LV 逆變器 (< 120 V) 解決方案具有吸引力。

圖 2：P 通道功率 MOSFET 產品組合(來源：Littelfuse)

圖 2 展示了 Littelfuse 提供的 p 通道功率 MOSFET 的主要亮點：

· 標準 P 和 PolarP? 平面器件的額定電壓為 -100 至 -600 V，額定電流為 -2 至 -170 A。

· PolarP? 提供優(yōu)化的單元結構，具有低區(qū)域特定導通電阻和改進的開關性能。

· 標準 P 提供了更好的 SOA 性能。

· 溝槽 P 采用更密集的溝槽柵極單元結構，具有非常低的 R DS(on)、低柵極電荷、快速體二極管和更快的開關速度，器件電壓范圍為 -50 V 至 -200 V，電流范圍為 -10 A 至 -210 A。

· IXTY2P50PA(-500 V、-2 A、4.2 Ω)是該產品組合的最新成員，也是 Littelfuse 首款 AEC-Q101 汽車級 p 通道功率 MOSFET。

Littelfuse p 通道 MOSFET 可驅動各種汽車和工業(yè)應用，例如：

· 電池保護，

· 反極性保護，

· HS 負載開關，

· DC-DC 轉換器，

· 車載充電器，以及

· 低壓逆變器。

半橋應用中的 P 溝道 MOSFET

圖 3 顯示了使用互補 MOSFET 的電路與使用 n 通道 MOSFET 的電路之間的對比。N 通道 MOSFET 通常用于半橋 (HB) 應用中的功率級。然而，n 通道 HS 開關需要自舉電路來生成與 HS MOSFET 源極相關的浮動柵極電壓或隔離電源才能開啟，如圖 3a 所示。

因此，使用 n 通道器件的優(yōu)勢是以增加柵極驅動器設計的復雜性為代價的，從而導致更多的設計工作量和空間占用。當 p 通道 MOSFET 用作此配置中的 HS 開關時(如圖 3b 所示)，它可以顯著簡化驅動器設計。設計人員可以移除電荷泵來驅動 HS 開關，而 MCU 可以通過簡單的電平轉換器輕松控制 p 通道 MOSFET。這種方法減少了設計工作量和零件數(shù)量，從而實現(xiàn)了高效利用空間的經濟高效的設計。

圖 3：HB 應用中 HS 驅動器的簡化，從 a) n 通道 MOSFET 到 b) p 通道 MOSFET 作為 HS 開關

反極性保護

反極性保護是一種系統(tǒng)安全措施，用于防止電源連接反接時發(fā)生潛在的火災危險和損壞。圖 4a 描述了使用 p 通道功率 MOSFET 實現(xiàn)的反極性保護。當電池正確連接時，本征體二極管會導通，直到 MOSFET 通道被激活。如果電池反向連接，體二極管會反向偏置，柵極和源極處于相同電位，從而關閉 p 通道 MOSFET。齊納二極管會鉗位 p 通道 MOSFET 的柵極電壓，在電壓水平過高時保護它。

圖 4：使用 p 溝道功率 MOSFET 實現(xiàn) a) 反極性保護和 b) 負載開關

負載開關

負載開關將電壓軌與特定負載連接或斷開，為系統(tǒng)高效管理電源提供了一種經濟高效且直接的方法。 圖 4b 顯示了使用 p 溝道功率 MOSFET 作為負載開關的電路。該電路由邏輯使能 (EN) 信號驅動，通過小信號 n 溝道 MOSFET Q 1控制 p 溝道負載開關。當 EN 為低時，Q 1 關閉，p 溝道柵極被上拉至 V BAT。

相反，當 EN 為高電平時，Q 1 激活，將 p 溝道柵極接地，并打開負載開關。如果 V BAT 超過 p 溝道 MOSFET 的閾值電壓，則它可以在 EN 為高電平時打開，從而無需額外的電壓源來偏置柵極，而這對于 n 溝道 MOSFET 來說是必需的。需要串聯(lián)電阻來限制電流，并且需要齊納二極管來將柵極電壓鉗位到最大值。

DC-DC 同步降壓和升壓轉換器

在低功耗 DC-DC 轉換器(例如圖 5a 中的同步降壓轉換器)中，使用 p 通道器件作為 HS 開關可簡化電路并節(jié)省空間，無需外部柵極驅動電路。它還可減少物料清單 (BOM)，從而提高成本效率。

類似地，P 溝道器件可以替代正向電壓較低的二極管作為同步升壓轉換器中的輸出同步整流器，如圖 5b 所示。這種方法提高了轉換器效率，因為p 溝道 MOSFET 的 品質因數(shù) (FoM = R DS(on) * Q g ) 得到了改善。

圖 5：使用互補 MOSFET 實現(xiàn)低功耗 a) 同步降壓和 b) 同步升壓轉換器

低壓應用中的 P 溝道 MOSFET

隨著當今低壓 (LV) 應用的發(fā)展，Littelfuse p 通道 MOSFET 繼續(xù)證明其多功能性，可滿足未來電力電子不斷發(fā)展的需求。采用 p 通道 MOSFET 可讓設計人員在先進的汽車和工業(yè)應用中提供簡化、高度可靠且優(yōu)化的電路設計。

電子設計工程師在選擇 p 溝道 MOSFET 時必須評估 R DS(on) 和 Q g之間的權衡，以實現(xiàn)特定應用的最佳性能。