MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种用于许多电子电路的晶体管。它们用于控制电路中的电流流动，可以是N通道或P通道。但它们之间有什么区别？它们是如何使用的？区别重要吗？本指南将讨论n通道（沟道）和p通道（沟道）MOSFET之间的区别。从那里开始，你就会知道该用哪种，去哪里买。
MOSFET概述
MOSFET是一种用于控制电路中电流流动的晶体管。它由三个端子组成：源端、闸端和排水端。源极和漏极连接到电压源，而栅极连接到控制信号。当对栅极施加电压时，会产生电场，控制源极与汲极之间的电流流动。
什么是N通道MOSFET？
这是一种MOSFET，其大多数载流子是电子。当MOSFET被导通时，电子将促进最大电流流动。它用于需要快速开关电流的电路中。N通道MOSFET具有较低阈值电压，意味着可以用相对较低的电压开机。N通道MOSFET有两种类型。它们分别是：带增强MOSFET的N通道 -耗尽MOSFET的N通道
N通道MOSFET是如何工作的？
要了解N通道MOSFET的工作原理，重要的是区分增强型和耗尽型MOSFET。
带增强MOSFET的N通道
在这种类型的-通道MOSFET中，主体主要由p基底主导。因此，n-材料需要形成将作为源和漏的端子。p基板连接到栅极端子。当对栅极施加正电压时，会产生电场，吸引n材料中的电子，并在源极和漏极之间形成通道。这使得电流能够流经MOSFET。
带耗尽MOSFET的N通道
在这种类型的N通道MOSFET中，主体主要由n基底主导。因此，p-材料需要形成将成为源源和漏极的端子。n个基底连接到栅极端子。当对栅极施加负电压时，会产生电场，排斥电子从p材料中进出，并在源极与漏极之间形成通道。这使得电流能够流经MOSFET。
什么是P通道MOSFET？
这是一种大多数载体为孔的MOSFET。当MOSFET通电时，这些孔将促进最大电流流动。它用于需要快速开关电流的电路中。
P通道MOSFET具有较高的阈值电压，意味着需要更高的电压才能开通。
P通道MOSFET有两种类型。它们分别是：带增强型MOSFET的-P通道 -带耗尽MOSFET的P通道
P通道MOSFET是如何工作的？
图片来源 HomoFaciens
与n通道MOSFET类似，P通道的工作原理取决于增强型MOSFET或耗尽型MOSFET。
带增强型MOSFET的P信道
这种p通道MOSFET的工作原理与带增强型MOSFET的N通道相同。主体主要由n基底主导，因此p材料需要形成作为源极和漏极的端子。
n个基板连接到栅极端子。当对栅极施加正电压时，会产生电场，吸引p材料的孔洞，形成源极与漏极之间的通道。这使得电流能够通过MOSFET。
带耗尽MOSFET的P信道
在这种P通道MOSFET中，主体主要由p基底主导。因此，n-材料需要形成将作为源和漏的端子。p基板连接到栅极端子。当对栅极施加负电压时，会产生电场，排斥n材料上的孔洞，并在源极与漏极之间形成通道。这使得电流能够流经MOSFET。
比较N通道MOSFET与P通道MOSFET
既然我们已经讨论了两者的详细特征，接下来可以用各种参数进行比较。
填充密度
填充密度指在特定区域内可安装的设备数量。在这方面，N通道MOSFET优于P通道MOSFET，因为它们体积较小，具有更高的封装密度。
更好的封装密度意味着N通道MOSFET在空间利用上更高效。
切换速度
在比较两者时，另一个必须考虑的参数是切换速度。在这里，N通道MOSFET速度快于P通道MOSFET，因此在高频下整体性能更优。
这使得它们适合高速应用。
功率耗散
在功耗方面，P通道MOSFET比N通道MOSFET更高效。这是因为P通道MOSFET的阈值电压通常较高，这意味着开关时损失的功率较少。
关于抵抗
MOSFET的导通电阻是指导通时源极与漏极之间的电阻。在这方面，N通道MOSFET的导通电阻低于p通道MOSFET。这主要是因为n通道MOSFET的封装密度更高。
这意味着它们能够承受比P通道MOSFET更多的电流，适合高功率应用。
节能
我们可以将MOSFET的能效定义为其工作所需的功耗。这意味着N通道MOSFET比p通道MOSFET更节能。这是因为它们的阈值电压较低，因此开机所需的电压更少。
这一功能在电池供电设备中发挥了重要作用，因为它有助于延长电池续航。
复杂性
在复杂度方面，p通道MOSFET比n通道MOSFET更复杂一些。这主要是因为它们在结构中使用了两种不同的材料。随着这种复杂性增加，生产成本也随之增加，使得P信道MOSFET的价格略高于N信道MOSFET。
应用
哪些应用需要N通道MOSFET，哪些需要P通道MOSFET？它们各自有独特的特性，适合不同的应用。
N通道MOSFET通常用于高功率和高速应用，如电机控制、开关电源和放大器电路。另一方面，P通道MOSFET通常用于低功耗应用，如电池供电器件、逻辑电路和电压调节器。
价格
这两种MOSFET价格有区别吗？通常，N通道MOSFET比P通道MOSFET更便宜，因为它们体积更小且封装密度更高。此外，由于制造工艺更简单，它们也易于大规模生产。
关于P通道和n通道MOSFET的常见问题解答
以下是大多数人关于n通道MOSFET和P通道MOSFET的一些常见问题
我该如何区分MOSFET？是P通道还是n通道？
判断MOSFET是P通道还是N通道最简单的方法是观察其符号。P通道MOSFET的箭头指向栅极，而N通道MOSFET的箭头指向门极。
另一种区分它们的方式是通过它们各自的阈值电压。N通道MOSFET的阈值电压通常低于P通道MOSFET，这意味着它们的开通所需的电压更少。
N通道MOSFET和P通道MOSFET适合哪些应用？
N通道MOSFET主要用于高速和高功率应用，如电机控制、开关电源和放大器电路。另一方面，P通道MOSFET通常用于低功耗应用，如电池供电器件、逻辑电路和电压调节器。
我可以用n通道MOSFET代替P通道吗？
是的，你可以用N通道MOSFET代替P通道的。然而，需要注意的是，N通道MOSFET的阈值电压应高于P通道的，才能正常工作。
此外，由于封装密度较低，N通道MOSFET不适合高功率应用。
为什么n通道MOSFET比p通道MOSFET更受青睐？
N通道MOSFET优于P通道MOSFET有几个原因。首先，它们的封装密度更高，使其能够承受比P通道MOSFET更多的电流，因此适用于高功率应用。
此外，N通道MOSFET由于阈值电压较低，开机所需的电压更低，因此其能效性优于P通道MOSFET。这一功能在电池供电设备中发挥了重要作用，因为它有助于延长电池续航。
最后，N通道MOSFET通常比P通道MOSFET更便宜，因为其体积更小且制造工艺更简单。
在不使用电荷泵或额外电压源的情况下驱动高边（HS）p 沟道 MOSFET 很简单，这可以简化设计、节省空间、减少元件数量并提高成本效益。
N沟道和 P沟道MOSFET 的比较分析
图 1 中功率 MOSFET 的横截面视图说明了 N 通道和 P 通道功率 MOSFET 之间的差异。虽然 N 通道 MOSFET 需要正的栅源电压来激活，但 P 通道 MOSFET 需要负的栅源电压。它们的关键区别在于反向掺杂分布：P 通道 MOSFET 依赖于空穴作为多数载流子，产生空穴电流，而 N 通道器件利用电子，产生电子电流。由于电子的迁移率优于空穴，大约是空穴的 2 到 3 倍，在 P 通道器件中移动空穴比在 N 通道器件中移动电子更具挑战性。这导致 P 通道 MOSFET 的比特定态电阻高于 N 通道 MOSFET。因此，对于与 N 通道 MOSFET 相同芯片尺寸的 P 通道 MOSFET 来说，实现相同的定态电阻（RDS(on))性能是不切实际的。
图 1.N 沟道和 P 沟道功率 MOSFET 的横截面及其符号。图片由Bodo’s Power Systems提供
为了实现与 N 沟道 MOSFET 相同的导通电阻 RDS(on)，P 沟道需要更大的芯片尺寸，大约是 2 到 3 倍。因此，在高电流应用中，导通损耗较低至关重要，具有非常低 RDS(on)的大芯片 P 沟道 MOSFET 并不理想。虽然 P 沟道器件更大的芯片尺寸提供了更好的热性能，但它表现出更大的固有电容和更高的开关损耗。这种缺点在高开关频率工作时，会显著影响整体系统成本、效率和热管理。
在低频应用且存在显著导通损耗的情况下，p 沟道 MOSFET 的 RDS(on) 应与 n 沟道 MOSFET 相匹配，这需要更大的芯片面积。相反，在高频应用且优先考虑开关损耗的情况下，p 沟道 MOSFET 应与 n 沟道对应器件的总栅极电荷相匹配，通常具有相似的芯片尺寸但电流额定值较低。因此，选择合适的 p 沟道 MOSFET 需要仔细考虑器件的 RDS(on) 和栅极电荷（Qg）规格以及热性能。
p 沟道功率 MOSFET 驱动多种工业和汽车应用，如电池和反向极性保护、HS 负载开关、DC-DC 转换器、车载充电器和 LV 逆变器
P-Channel MOSFETs 在半桥应用中
在典型的半桥（HB）应用中，n 通道 MOSFET 通常用于功率级。然而，n 通道 HS 开关需要启动电路来生成相对于 HS MOSFET 源或隔离电源的浮动栅极电压，如图 3a 所示。因此，使用 n 通道器件的优势是以栅极驱动设计复杂度增加为代价的，导致设计工作量和空间使用量更大。图 3 展示了使用互补 MOSFET 和 n 通道 MOSFET 的电路之间的对比。当 p 通道 MOSFET 作为此配置中的 HS 开关时（如图 3b 所示），它可以显著简化驱动设计。用于驱动 HS 开关的升压泵可以移除，p 通道 MOSFET 可以通过简单的电平转换器由 MCU 轻松控制。这减少了设计工作量和元件数量，从而实现了一种空间利用高效的、成本效益高的设计。
图 3.将 HS 驱动器在 HB 应用中的简化，从 a) N 沟道 MOSFET 转换为 b) P 沟道 MOSFET 作为 HS 开关。图片由Bodo’s Power Systems提供。
反向极性保护
反向极性保护是系统内的一种安全措施，用于防止电源反向连接时可能引发火灾隐患和损坏。图 4a)展示了使用 P 沟道功率 MOSFET 实现的反向极性保护。当电池正确连接时，内部体二极管导通，直到 MOSFET 沟道被激活。如果电池反向连接，体二极管被反向偏置，栅极和源极处于相同电势，从而关闭 P 沟道 MOSFET。齐纳二极管钳位 P 沟道 MOSFET 的栅极电压，在电压水平过高时保护其安全。
图 4. a) 反向极性保护 b) 使用 P 沟道功率 MOSFET 的负载开关 图片来源：Bodo’s Power Systems
负载开关
负载开关用于连接或断开电压轨与特定负载，为系统提供了一种经济高效且简单的方式来有效管理电源。图 4b)展示了一个使用 p 沟道功率 MOSFET 作为负载开关的电路。该电路由逻辑使能（EN）信号驱动，通过小信号 n 沟道 MOSFET Q1 控制 p 沟道负载开关。当 EN 低时，Q1 截止，p 沟道栅极被拉高至 VBAT。相反，当 EN 高时，Q1 导通，将 p 沟道栅极接地，从而打开负载开关。如果 VBAT 超过 p 沟道 MOSFET 的阈值电压，当 EN 高时它可以导通，从而无需额外的电压源来偏置栅极（这对 n 沟道 MOSFET 是必要的）。串联电阻用于限制电流，而齐纳二极管用于将栅极电压钳位在最大值。
DC-DC 转换器
在低功耗 DC-DC 转换器中，如图 5a)所示的同步降压转换器，使用 P 沟道器件作为 HS 开关可以简化电路并节省空间，无需外部栅极驱动电路。这也有助于降低物料清单（BOM），从而提高成本效益。类似地，在同步升压转换器中，P 沟道器件可以用作输出同步整流器，替代正向电压较低的二极管，如图 5b)所示。这提高了转换器的效率，因为 P 沟道 MOSFET 的优值（FoM = RDS(on)* Qg）得到了改善。
图 5.采用互补 MOSFET 的低功耗 a) 同步降压和 b) 同步升压转换器。图片由Bodo’s Power Systems提供
P 沟道 MOSFET 在低压应用中
随着现代低压应用的不断发展，p 沟道功率 MOSFET 在满足当今电力电子不断变化的需求方面展现了其多功能性。p 沟道 MOSFET 为设计人员在工业和汽车应用中提供了简化、更可靠和优化的电路设计。为了在特定应用中实现最佳性能，设计人员在选择 p 沟道功率 MOSFET 时必须评估 RDS(on)和 Qg之间的权衡。
结论
P沟道和N沟道MOSFET是两种具有不同特性的晶体管，使其适合不同应用。
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