开关电源设计之：P沟道和N沟道MOSFET比较

自1980年代中期以来，MOSFET一直是大多数开关电源（SMPS）首选的晶体管手艺。当用作门控整流器时，MOSFET是主开关晶体管且兼具进步服从的感化。为抉择最适合电源使用的开关，本设想实例对P沟道和N沟道增强型MOSFET进行了比拟。

对市场营销职员，MOSFET大概代表动力通报最好计划（Most Optimal Solution for Energy Transfer）的缩写。对工程师来讲，它代表金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）。

因为拥有较低的导通电阻（R_DS(on)）和较小尺寸，N沟道MOSFET在产品抉择上超过了P沟道。在降压稳压器使用中，基于栅控电压极性、器件尺寸和串连电阻等多种要素，应用P沟道MOSFET或N沟道MOSFET作为主开关。同步整流器使用简直老是应用N沟道手艺，这首要是因为N沟道的R_DS(on)小于P沟道的，而且经由过程在栅极上施加正电压导通。

MOSFET多数是载流子器件， N沟道MOSFET在导电进程中有电子固定。 P沟道在导电时期应用被称为空穴的正电荷。电子的流动性是空穴的三倍。虽然没有间接的相关性，就R_DS(on)而言，为失掉相称的值，P沟道的管芯尺寸大约是N沟道的三倍。是以N沟道的管芯尺寸更小。

N沟道MOSFET在栅-源极端子上施加适量阈值的正电压时导通；P沟道MOSFET经由过程施加给定的负的栅-源极电压导通。

MOSFET的栅控抉择了它们在SMPS转换器中的使用。比方，N沟道MOSFET更适用于以地为参考的低侧开关，特别是用于升压、SEPIC、正向和断绝反激式转换器。在同步整流器使用以及以太网供电（PoE）输出整流器中，低侧开关也被用来接替二极管作为整流器。P沟道MOSFET最常用作输出电压低于15VDC的降压稳压器中的高侧开关。依据使用的分歧，N沟道MOSFET也可用作降压稳压器高侧开关。这些使用需求自举电路或别的方式的高侧驱动器。

电平移位器的高侧驱动IC。”" width="600" />

图1：拥有电平移位器的高侧驱动IC。

图2：用自举电路对高侧N沟道MOSFET举行栅控。

极性抉择了MOSFET的图形标记。分歧的地方在于体二极管和箭头标记相对端子的偏向。

图3：P沟道和N沟道MOSFET的原理图。注重体二极管和箭头相对于漏极（D）和源极（S）端子的偏向。

极性和MOSFET事情特点

极性抉择了MOSFET的事情特点。 对N沟道器件为正的电流和电压对P沟道器件为负值。

图4：MOSFET第一象限特性。

在有充沛电压施加到栅-源极端子的欧姆地区（ohmic region），MOSFET“完整导通”。在比照图中，N沟道欧姆区的VGS是7V，而P沟道的是-4.5V。

跟着栅极电压增添，欧姆曲线的斜率变得更陡，注解器件导电才能更强。施加的栅极电压越高，MOSFET的R_DS(on)就越小。在某些使用中，对MOSFET举行栅控的是能够供应使人合意的R_DS(on)的电压。额定的栅极电压会因?C x Vgs x Vgs x f发生功耗，此中栅极电荷和开关频次在肯定MOSFET手艺的终究事情点和选用方面起着首要感化。

MOSFET既可事情在第一象限，也可事情在第三象限。没有施加栅-源极电压时，寄生体二极管导通。当栅极没有电压时，流入漏极的电流类似于典范的二极管曲线。

图5：未栅控N沟道MOSFET事情于第三象限的典范特点。

施加栅极电压时，依据VGS的值会发生非线性曲线。当VGS跨越10V时，N沟道MOSFET完整在第三象限欧姆区内事情。然而，当栅极电压低于10V时，二极管电压钳位于种种漏极电流程度。在非线性曲线中见到的曲折是二极管和欧姆区之间的改变点。

图6：施加栅极电压时，N沟道MOSFET事情在第三象限的典范特点。

表1对N沟道MOSFET和P沟道MOSFET进行了比拟。

表1：N沟道和P沟道MOSFET的比拟。