比较最佳功率电子用MOSFET

已创建：April 25, 2022
已更新：July 1, 2024

MOSFET是涉及稳定电源供应、快速开关和低损耗的一些最重要的组件，在多种应用中发挥着重要作用。特别是，离散MOSFET在电机控制、电源调节、专用逻辑、高功率放大器、照明以及其他需要高电流吸收和低损耗的系统中占据主要地位。如果你开始在组件市场上四处查看，你会发现大多数半导体制造商都提供多种组件选项。在如此多的组件选项中导航和进行比较可能很困难，尤其是当有这么多组件选项可用时。

尽管我们希望认为有一种MOSFET适用于所有事物，但实际上并没有一种客观上“最好”的MOSFET适用于每个系统。一些MOSFET针对特定产品、应用或行业。其他则针对一般的“高功率”或“低功率”设计师。权衡利弊需要时间、技能和经验，并不是所有工程师都有时间比较每个组件。因此，可以理解一些工程师有他们用于一切的首选MOSFET，即使这可能意味着他们在为了这种便利而过度设计他们的系统并增加额外成本。

因为我们非常关心帮助工程师获得适合他们产品的完美组件，我们编制了一份适用于一系列电力电子应用的最佳MOSFET列表。这些产品的选择和比较基于它们的受欢迎程度，而其他一些不那么知名或较新的组件则提供了相对于更受欢迎的MOSFET选项的重大优势。

比较最佳MOSFET

如果你正在为你的新电子设备寻找最佳MOSFET选项，应该比较哪些维度呢？有几个维度可以用来比较MOSFET，范围从基本电气参数到高频性能。首先，我们将看看通常适用于MOSFET的基本电气规格，然后我们将看看在专业应用中重要的更高级性能指标。

基本电气规格

在选择最佳MOSFETs时，以下是一些重要的电气规格。

电流限制：这可能是最常用来选择最佳MOSFET的一个规格。如果在某个ON状态电阻下超过了电流限制，通道中的散热会加速，组件将迅速失效。
ON状态电阻：这是电流限制的对应项。ON状态电阻将决定通道中耗散的功率量以及组件是否能承受高电流。
温度限制：这只是量化可靠性的另一种方式。如果MOSFET的结温超过额定值，它们几乎会立即失败，因此这个规格在高可靠性系统中至关重要。
增强模式与耗尽模式：这仅仅决定了在操作过程中如何调制门极使MOSFET开启或关闭。
击穿电压：这简单地说明了驱动体二极管进入反向偏置所需的电压。这些电压往往相当高，但在可能运行在负极性的高功率系统中仍然很重要。
上升时间：对于开关应用，如在开关转换器中，上升时间是一个重要考虑因素。当用PWM脉冲驱动器驱动时，上升时间应该短于送到门极的脉冲。

在MOSFET过度设计是可以接受的，特别是在芯片短缺期间。例如，你总可以接受较低的ON状态电阻以确保通道中的低功率损耗和散热，你也总可以接受更高的电流额定值以确保可靠性。随着组件短缺似乎从一个组件类别转移到另一个组件类别，你永远无法预测你偏好的穿孔MOSFET何时突然短缺。

更高级的性能指标

上面列出的点对于只需要在硅上的通用组件的低频率、低功率系统来说是很好的。然而，随着涉及射频功率产品的新应用迅速成为常态，以及在某些行业中可靠性如此重视，其他指标变得非常重要，并将成为选择最佳MOSFET的基础。

材料平台：硅是绝大多数集成电路的首选材料，但对于高级应用来说，其他平台更为理想。这里重要的是，低损耗频率范围和热导率是材料平台的功能。像GaAs、SiC和GaN这样的替代材料都能在较高频率下为给定的功率输出提供更高的热导率。
输入和输出电容：在实际的无线频率或在超快速数字系统中，电容变得重要，因为它会修改输入阻抗并限制组件的带宽。在非常高的频率（毫米波）下，输入和输出电容可以形成一个意外的反馈回路，允许功率在一个闭环中流动，其中噪声被放大。
温度系数：在设计高可靠性系统时，应考虑多个温度系数值。这些系数在精密测量和电光学（例如，精密激光成像）等应用中也很重要。
电感：作为电路的晶体管没有电感，而电感来自于封装。封装中的寄生电感来自于垫片/柱和芯片之间的电气引线。这个值应该尽可能低，以确保在高频下的理想行为。

替代材料平台非常重要，因为它们使得即将到来的技术如5G和高功率雷达，以及特殊应用如软件定义无线电成为可能。虽然技术上不是MOSFET，但更多这样的FET组件选项正在进入市场，预计增长只会继续。

流行的MOSFET选项

在主要制造商提供的MOSFET范围中，有三种N沟道增强型MOSFET因其高度受欢迎而脱颖而出：

Infineon IRFZ44N，适用于通用用途的好选择
2N7002，多个制造商提供的针对低电流应用的通用组件
ON Semiconductor FQP30N06L，对许多应用来说是低损耗中等电流的即插即用选项

这些N沟道选项非常受欢迎，用于电源系统中的简单调节或作为开关，但它们具有一些特性，使它们在广泛的应用中非常有用。我会认为这些组件是通用的，理想用作电机控制和DC-DC转换器中的驱动器。我不会在运行在RF频率的系统中使用这些，原因有多个，我将在下面详细说明。现在，让我们更详细地看看这些。

Infineon IRFZ44N

Infineon的IRFZ44N是最受欢迎的MOSFET之一，得益于其高击穿电压和高电流限制。这个元件采用的是TO-220封装，适用于商业和工业应用。其击穿电压额定值为60V，输出电流的最大直流额定值为49A，脉冲时的最大额定值为160A（室温下）。开启时间也相对较快，大约为60纳秒。下面的脉冲传输曲线显示了在低栅极驱动电压下的输出电流。

2N7002

我列出了这个MOSFET而没有特指制造商，因为它是一个通用元件，多个制造商都有提供。这个元件有时会和2N7000、VQ1000J以及VQ1000P一起在同一张数据表上列出。我关注的是Vishay的2N7002，因为它是低电流应用的低成本选项。尽管它仅用于低电流输出（直流400mA，或脉冲2A），但它具有高击穿电压60V，低导通状态电阻约1欧姆，以及相对较短的开启时间10-20纳秒（取决于栅源电压）。

ON Semiconductor FQP30N06L

ON Semiconductor的FQP30N06L MOSFET也提供了典型消费者和汽车直流电源应用所需的高击穿电压。与IRFZ44N相比，它提供的最大直流电流略低，为32A，但仍能提供高达128A的高脉冲电流。导通状态电阻也低于2N7002，名义上约为27毫欧姆。开关时间比2N7002慢得多，大约为200纳秒，但对于在几MHz或更低开关频率下工作的开关调节器来说，这仍然足够。下面显示了在低栅极驱动下的直流传输特性。

下一个元件是一个高功率GaN FET，适用于一系列高频或高功率应用。虽然GaN和GaN-SiC元件通常针对高频应用进行市场推广，但它们仍然适用于高功率/高电流输出产品，因为它们的热导率远高于Si。

Nexperia GAN063-650WSAQ

Nexperia的GAN063-650WSAQ针对高功率应用。这款GaN FET具有650V、50mOhm的额定值，在10V门极驱动下具有高达34.5A的漏电流额定值。阈值电压仅为4V，因此这个组件可以由小型PWM源驱动，这些源在逻辑电平下操作。其工作温度范围也比你在一些最好的MOSFET中找到的要宽得多，从-55到175°C。这个组件还通过了AEC-Q101认证，使其成为汽车应用或其他恶劣环境的绝佳选择。下面显示了脉冲电流安全工作区域，可达100A以上。

其他重要的电源和电机系统组件

晶体管，无论是离散的还是集成电路中的，都是现代电子学的基本构建块，可能永远不会被替代。正如它们对于启用现代电子学至关重要一样，基于功率MOSFET的系统需要大量其他组件才能正常运行。这些组件的范围从测量和反馈稳定性的组件，到用于整体系统控制和配置的处理器。你可能需要支持基于MOSFET的电源系统的一些组件包括：

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