大功率電路負載電流驅動中，為什么都是用NMOS并聯，而不是PMOS呢？

原創硬件那點事兒 2024-12-11 11:16

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Part 01

前言

我們都知道，MOSFET按工作模式可以分為PMOS（P溝道金屬氧化物半導體）和NMOS（N溝道金屬氧化物半導體）晶體管，這些晶體管由四個部分組成：源極 (S) 、漏極 (D) 、柵極 (G)和襯底（體），PMOS和NMOS 晶體管用作壓控開關或放大，根據柵極電壓控制源極和漏極之間的電流流動。主要區別在于負責電流流動的電荷載流子的類型：PMOS中的空穴（正電荷）和NMOS中的電子（負電荷）。此外，兩種類型的端子上施加的電壓極性也不同。當柵極電壓相對于源極低（或負）時，PMOS晶體管通常“導通”，而當柵極電壓相對于源極高（或正）時，NMOS 晶體管“導通”。

但是如果我們留心觀察一下平時的電路板，會發現NMOS的應用會更為廣泛，PMOS應用的相對來說就比較少，特別是在大功率電流驅動中，清一色的都是一排排的NMOS并聯，這是為什么呢？這對于硬件工程師的器件選型會帶來什么影響呢？如何指導我們的電路設計呢？接下來我們就在多個維度對比一下NMOS和PMOS的區別。

Part 02

開關速度對比

NMOS多數載流子是電子，由于電子遷移率高于空穴遷移率，它們的開關速度比PMOS晶體管更快，這使得它們更適合高速開關應用。

Part 03

成本對比

PMOS晶圓的制造成本與NMOS晶圓幾乎相同。但是，與NMOS相比，對于相同的導通電阻Rdson，PMOS需要更大的die，原因就是上面說的PMOS的空穴遷移率較低。因為所需的die更大，所以每個晶圓的生產出的die會更少，所以對于相同Rdson的PMOS的die成本會更高。所以對于相同Rdson的NMOS和PMOS而言，PMOS價格會更貴。

當然我們這里對比的只是單個器件的成本，在一些電路應用中如果對于Rdson的要求不高，并且使用NMOS需要升壓驅動（比如使用charge pump）的話，此時可能整體成本用PMOS更有優勢，所以還是要具體情況具體分析。

Part 04

導通電阻Rdson對比

NMOS的電子遷移率大約是PMOS的2-3倍，這就導致了在相同的幾何尺寸和電壓條件下，NMOS的導通電阻約為PMOS的1/2到1/3。所以你打開各家MOSFET廠家的官網選型會發現NMOS的導通電阻能做到非常低了，但是PMOS對應的導通電阻最低的型號與NMOS導通電阻最低的型號也是差距很大，大家可以看看下面某世界一流MOS廠家NMOS與PMOS的對比，一個0.29mΩ，一個是3mΩ，差距可謂非常大。