在H桥应用中的P沟道MOSFET

在H桥电路中实现P沟道MOSFET可能看起来容易和诱人，但是它可能需要一些严格的计算和参数来实现最佳响应。

P沟道MOSFET通常用于负载开/关切换。高端的P沟道选项的易用性允许它们对低压驱动器（H桥网络）和非隔离负载点（降压转换器）和应用中的应用非常方便空间是一个关键的限制。

P沟道MOSFET的关键益处是高侧开关位置周围的经济栅极驱动策略，并且通常有助于使系统具有非常成本效益。

在本文中，我们探索使用P沟道MOSFET作为H-Bridge应用的高侧开关

P沟道与N渠道优点和缺点

什么时候用于高侧交换机应用N沟道MOSFET的源电压恰好在接地上处于增加的潜力。

因此，这里操作N沟道MOSFET需要独立的栅极驱动器，例如自举电路，或涉及脉冲变压器级的布置。

这些驱动器需要一个单独的电源，而变压器负载可以在发生不兼容的情况下进行。

另一方面，这可能不是P沟道MOSFET的情况。您可以使用普通电平移位电路（电压电平变频器）轻松驱动P频道高侧开关。实现这一精简电路并有效地减少了所有轮廓。

说过，这里需要考虑的点是，达到相同的r可能非常困难_DS（开）P沟道MOSFET与使用类似芯片尺寸的N沟道相反的效率。

由于N沟道中载波的流量大约比P沟道的流量大约为2至3倍，所以完全相同的r_DS（开）范围P沟道设备的尺寸需要比其N频道对应更大的2至3倍。

更大的封装尺寸，导致P沟道装置的热容差减小，并且还增加了其当前规格。由于壳体大小增加，这也会影响其动态效率。

因此，在导通损耗趋于高的低频应用中，P沟道MOSFET需要具有r_DS（开）对应于n沟道的那个。在这种情况下，P沟道MOSFET内部区域应大于N沟道的内部区域。

此外，在开关损耗通常高的高频应用中，P沟道MOSFET应具有与N沟道相当的栅极电荷的值。

在这样的情况下，P沟道MOSFET尺寸可以与N沟道相比，但与N沟道替代方案相比，具有降低的电流规范。

因此，考虑到适当的r，需要谨慎地挑选理想的P沟道MOSFET_DS（开）和门充电规格。

如何为应用程序选择P频道MOSFET

有许多切换应用，其中可以有效地应用P沟道MOSFET，例如低压驱动器和非隔离的负载点。

在这些类型的应用中，管理MOSFET选择的重要指南通常是导通电阻（R_DS（开））和栅极电荷（q_G）。这些变量中的任何一个都会导致基于应用程序中的开关频率更重要。

为了施加在诸如全桥或B6桥（3相桥）配置的低压驱动网络中，通常采用N沟道MOSFET带电机（负载）和直流电源。

N沟道器件呈现的正面的折衷因子是栅极驱动器设计中的复杂性较高。

N沟道高侧开关的栅极驱动器需要aBootstrap电路这产生大于电动机电压供应轨的栅极电压，或者交替进行独立电源以将其切换为ON。增加的设计复杂性通常导致更大的设计工作和更高的装配区域。

下图展示了使用互补P和N通道MOSFET和具有4个N沟道MOSFET的电路设计的电路之间的差异。

在这种安排中，如果使用P沟道MOSFET构建高侧开关，则驱动器设计非常简化布局。，如下所示：

需要一个引导的电荷泵消除了切换高侧开关。这里可以简单地通过输入信号和电平移位器（3V至5V转换器或5V至12V转换器级）直接驱动。

为切换应用选择P沟道MOSFET

通常，低压驱动系统使用10至50kHz范围内的开关频率。

在这些范围内，由于电动机的高电流规格，几乎所有MOSFET功耗都通过导通损耗发生。

因此，在这样的网络中，具有适当r的P沟道MOSFET_DS（开）应选择以达到最佳效率。

通过考虑用12V电池操作的30W低压驱动器的图示可以理解这一点。

对于高侧P沟道MOSFET，我们可能有几个选项 - 一个有一个等效的r_DS（开）与低侧N沟道相当，另一种是可比的栅极电荷。

下表显示了适用于具有可比R的全桥低压驱动器的组件_DS（开）并且具有相同的栅极电荷作为低端的N沟道MOSFET。

上表描绘了特定应用内的MOSFET损失表明，整体功率损耗由导通损耗控制在以下饼图中。

另外，如果P沟道MOSFET优选具有与N沟道的相当的栅极电荷，则切换损耗将是相同的，但传导损耗可能可能过高。

因此，对于具有较低频率的低开关应用，高侧P沟道MOSFET应该有一个可比的R_DS（开）就像低侧的n沟道一样。

负载的非孤立点（POL）

非隔离点的负载点是转换器拓扑，例如在降压转换器中，输出不与输入隔离，不同于反激式设计完全隔离输入和输出阶段的位置。

对于这种低功耗的负载负载点，输出功率低于10W，呈现最大的设计困难之一。大小尺寸必须最小，同时保持令人满意的效率。

减少转换器大小的一种流行方式是使用N沟道MOSFET作为高侧驱动器，并将工作频率提高到基本更高的水平。更快的交换允许使用缩小的电感大小。

肖特基二极管通常在这些类型的电路中实现同步整流，然而，由于MOSFET的电压降通常基本上低于二极管，MOSFET毫无疑问是更好的选择。

另一种节省空间的方法是用p沟道替换高侧N沟道MOSFET。

P沟道方法消除了复杂的补充电路以驱动栅极，这对于高端的N沟道MOSFET成为必要的栅极。

下图展示了具有在高端实现的P沟道MOSFET的降压转换器的基本设计。

通常，负载应用中的非隔离点的开关频率可能接近500kHz，甚至可以高达2MHz。

与前面的设计概念相矛盾，这种频率的主要损失是切换损耗。

下图表明了在1MHz的开关频率下运行的3 WATT非隔离点的MOSFET中的MOSFET丢失。

因此，它示出了在为高侧N沟道装置选择高侧应用时必须指定为P频道的栅极电荷水平。

结论

应用P沟道MOSFET毫无疑问，设计师在更复杂，更可靠和改进的配置方面给您提供优势。

那个给定的申请，r之间的妥协_DS（开）问：_G应在选择P沟道MOSFET时认真评估。这是为了确保P频道能够与其N沟道变体一样提供最佳性能。

礼貌：英飞凌