【導讀】機器人與工業自動化設備已經是工業生產過程中不可缺席的要角
，如今機器人也陸續朝向家用與商用市場發展，以不同的形態、功能
，出現在消費者的麵前。這些機器人都需要穩定的電源來驅動電機與控製係統，MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）便在其中扮演重要的角色。本文將為您介紹MOSFET的發展曆程

，以及安森美（onsemi）所推出的功率MOSFET的功能特性。

MOSFET曆史悠久持續演進

場效應晶體管（FET）背後的理論自1920~1930年就已為人所知，這比雙極結型晶體管（BJT）的發明早了20年
，但由於缺乏合適的半導體材料和技術不成熟，發展非常緩慢。當時，美國的Julius Edgar Lilienfeld提出了一種晶體管模型
，每側有兩個金屬觸點
，半導體頂部有一塊金屬板（鋁）。由金屬板提供的電壓形成的半導體表麵的電場

，能夠控製金屬觸點之間的電流，這是FET的最初概念，William Shockely則於1952年推出了結型場效應晶體管（JFET）。

MOSFET在1960年由貝爾實驗室的Mohamed M. Atalla和Dawon Kahng首次實作成功，這種組件和Shockely等人發明的BJT的操作原理有相當大的差異

，且因為MOSFET的製造成本更為低廉，並具有麵積較小、高集成度的優勢，在大規模集成電路設計與製造上，其重要性遠超過BJT。MOSFET已經是現代電子產品的基本組成部分，也是曆史上製造最頻繁的器件。

與BJT相比，MOSFET具有更快的開關速度（非常適合數字信號）
、更小的尺寸、顯著降低的功耗
，以及更高的密度（適合大規模集成）。此外，MOSFET也更便宜，並且具有相對簡單的加工步驟，從而擁有高製造良率。

近年來由於MOSFET組件朝向微縮和小型化發展，MOSFET的效能逐漸提升
，推動著電子半導體技術快速的呈指數級增長，並支持存儲芯片和微處理器等高密度IC等數字信號處理的應用
，也有越來越多模擬信號處理的集成電路可以用MOSFET來實現
，應用領域越來越廣泛。

功率MOSFET重要性日增市場日益龐大

功率MOSFET則是專門處理大功率的電壓和電流的MOSFET，也是功率半導體的一種。早期電源應用是使用BJT作為開關器件，但因為其有一些缺點，導致了功率MOSFET的發展，經過不斷的研究改進使MOSFET具備替代BJT的特性
，使得功率MOSFET常用於開關模式電源（SMPS）、電腦外圍設備、汽車和電機控製等應用。

功率MOSFET的優點是其切換速度快，在低電壓下具有高效率。功率MOSFET和絕緣柵雙極晶體管（IGBT）都有隔離的柵體
，因此在驅動上比較容易。功率MOSFET的缺點是增益較小，有時柵極驅動的電壓甚至比實際要控製的電壓還低。

隨著MOSFET及CMOS技術持續的演進，自1960年起MOSFET已用在集成電路上，這也是功率MOSFET的設計得以實現的原因。功率MOSFET自1970年代開始便有商品販賣

，目前更是百家爭鳴，市麵上的產品相當多樣。

功率MOSFET是世界上最常見的功率半導體器件，因為其可實現低柵極驅動功率
、快速開關速度和先進的並聯能力
，並具有高帶寬、堅固耐用、易於驅動、偏壓簡單

、容易使用、容易維修等特性
，尤其是應用最廣泛的低壓（小於200 V）開關，包括大部份的電源供應器、DC-DC轉換器、低電壓電機控製器等

，以及許多其他的應用，市場空間相當龐大。

依據應用需求來選擇合適的MOSFET

市麵上生產MOSFET的廠家眾多
，型號與類型更是多如過江之鯽，導致工程師常會出現MOSFET的選擇困難。當然
，選擇MOSFET得先觀看廠家提供的數據表
，然後依據自己的應用需求來選擇合適的產品。

選擇MOSFET首先要確認電壓等級，再來則是導通電阻（RDS(on)）、額定電流

、功率耗散。不過
，由於MOSFET會受到工作溫度的影響，因此得先了解該器件的測試條件

，數據表上的數值是“最大”或是“典型”值，這都會影響到器件的實際表現。

此外
，MOSFET的選型還可分成四個步驟。首先要決定選用N溝道還是P溝道，若是MOSFET使用在低壓側開關中，應采用N溝道MOSFET
，這是出於對關閉或導通器件所需電壓的考慮。當MOSFET連接到總線及負載接地時，就要用高壓側開關，通常會采用P溝道MOSFET。

再來則是選擇MOSFET額e定ding電dian流liu，該gai額e定ding電dian流liu應ying是shi負fu載zai在zai所suo有you情qing況kuang下xia能neng夠gou承cheng受shou的de最zui大da電dian流liu
，即ji是shi係xi統tong在zai連lian續xu模mo式shi和he脈mai衝chong尖jian峰feng時shi所suo產chan生sheng的de尖jian峰feng電dian流liu，因yin此ci隻zhi需xu選xuan擇ze能neng承cheng受shou這zhe個ge最zui大da電dian流liu的de器qi件jian即ji可ke。

接jie下xia來lai則ze是shi確que定ding熱re需xu求qiu，設she計ji人ren員yuan必bi須xu考kao慮lv最zui壞huai情qing況kuang和he真zhen實shi情qing況kuang下xia的de係xi統tong散san熱re要yao求qiu
，建jian議yi要yao以yi最zui壞huai情qing況kuang的de計ji算suan結jie果guo作zuo為wei主zhu要yao考kao慮lv，以yi提ti供gong更geng大da的de安an全quan餘yu量liang
，確que保bao係xi統tong不bu會hui失shi效xiao。

最(zui)後(hou)則(ze)是(shi)要(yao)決(jue)定(ding)開(kai)關(guan)性(xing)能(neng)，影(ying)響(xiang)開(kai)關(guan)性(xing)能(neng)的(de)參(can)數(shu)有(you)很(hen)多(duo)
，但(dan)最(zui)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)電(dian)容(rong)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)開(kai)關(guan)損(sun)耗(hao)
，因(yin)為(wei)在(zai)每(mei)次(ci)開(kai)關(guan)時(shi)都(dou)要(yao)對(dui)電(dian)容(rong)充(chong)電(dian)，因(yin)此(ci)會(hui)影(ying)響(xiang)到(dao)器(qi)件(jian)的(de)效(xiao)率(lv)。

提升電機運作效能的功率MOSFET

jinnianlai，suizhejiqirenyuzidonghuashebeiyingyongdekuaisufazhan
，zaizhexieshebeizhong，caiyongleshuliangpangdadedianji
，yongyikongzhijiqilingbujianyuzishendeyidong，yincixuyaozhongduodegonglvMOSFET來驅動電機。安森美針對電機驅動應用，推出了NTBLS1D5N10MC這款單極、N溝道的功率MOSFET。

安森美的NTBLS1D5N10MC是一款單極
、N溝道的功率MOSFET，支持TOLL封裝，可輸出100 V、1.53 mΩ
、312 A的功率，具備低RDS(ON)、低總柵極電荷（QG）和電容，具有較低的開關噪聲／電磁幹擾（EMI），並是無鉛、無鹵素／無溴化阻燃劑（BFR）的器件，並且符合RoHS標準，可最小化傳導損耗
，最大限度地減少驅動器損失，可應用於機器人與自動化設備、電動工具、電池供電的真空吸塵器、無人機、物料搬運、電池管理係統（BMS）／存儲、家庭自動化等領域，常見的最終產品包括電機控製、工業電源與太陽能逆變器等。

結語

機器人與自動化設備采用了眾多的電機來驅動機器運轉，因此采用高效率、穩定的功率MOSFET來驅動電機，將是提升設備運作效率的關鍵。安森美是重要的MOSFET供應商之一
，提供多樣的MOSFET產品線，並針對電機驅動應用推出相對應的功率MOSFET
，將會是機器人與自動化設備應用的最佳選擇。

來源：艾睿電子

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