MOSFET在無人機(jī)電路系統(tǒng)中的關(guān)鍵應(yīng)用與選型策略

引言

無人機(jī)性能的持續(xù)突破，其核心驅(qū)動(dòng)力之一在于關(guān)鍵電子元件的創(chuàng)新。作為電路控制的“執(zhí)行單元與信號(hào)通路”，MOSFET（金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管）的開關(guān)效能、導(dǎo)通特性及功率密度，直接塑造了無人機(jī)的續(xù)航表現(xiàn)、動(dòng)力響應(yīng)速度以及整體可靠性。針對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)的三大核心電路模塊——電源管理、電機(jī)驅(qū)動(dòng)與信號(hào)切換，合科泰電子提供了差異化的解決方案，具體包括AO3400、HKTG150N03和IRLML6344三款優(yōu)化選型。

一、小型化無人機(jī)對(duì)功率器件的核心訴求

無人機(jī)持續(xù)向小型化演進(jìn)，對(duì)功率器件提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。首先，電路板空間高度壓縮，消費(fèi)級(jí)無人機(jī)PCB面積平均縮減30%，迫使MOSFET必須采用更微型化的封裝形式（如SOT-23、PDFN）；其次，能效至關(guān)重要，實(shí)測(cè)表明，其導(dǎo)通電阻（Rds(on)）每降低10mΩ，可帶來約3%-5%的續(xù)航提升；再者，熱管理成為瓶頸，在密閉環(huán)境中，MOSFET的結(jié)點(diǎn)溫度必須穩(wěn)定控制在125℃以下。一個(gè)典型問題是，傳統(tǒng)的TO-252封裝MOSFET在微型無人機(jī)應(yīng)用中，其面積占用往往超出設(shè)計(jì)預(yù)期30%以上，且散熱能力難以滿足需求。

二、MOSFET在無人機(jī)核心電路中的關(guān)鍵應(yīng)用解析

1.電池管理系統(tǒng)（BAT+）

場(chǎng)景： 鋰電池保護(hù)電路、DC-DC降壓轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。

核心需求： 超低靜態(tài)電流（<1μA）、快速的開關(guān)響應(yīng)速度。

推薦型號(hào)： AO3400 (SOT-23封裝)

規(guī)格：30V/5.7A，在Vgs=4.5V條件下Rds(on)=28mΩ。

優(yōu)勢(shì)：輸入電容Ciss=350pF，有效抑制開關(guān)損耗；應(yīng)用于電源路徑管理時(shí)，待機(jī)功耗顯著降低40%。

 

2.無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路（三相橋臂）

場(chǎng)景： 高頻（>20kHz）切換電機(jī)繞組電流。

核心需求： 耐受高電流沖擊、低柵極電荷Qg（減輕驅(qū)動(dòng)IC負(fù)荷）。

推薦型號(hào)： HKTG150N03 (PDFN5×6封裝)

規(guī)格：30V/150A，在Vgs=10V條件下Rds(on)=1.2mΩ。

優(yōu)勢(shì)：Qg僅78nC，支持高達(dá)100kHz的PWM調(diào)速；熱阻RθJA=3.7℃/W，封裝底部散熱焊盤直連PCB銅層，大幅提升導(dǎo)熱效率。

 

 

3.傳感器信號(hào)切換電路

場(chǎng)景： IMU（慣性測(cè)量單元）模塊、圖傳系統(tǒng)電源通斷控制。

核心需求： 抗靜電放電（ESD）沖擊能力、極致微型化封裝。

推薦型號(hào)： IRLML6344 (帶ESD保護(hù)的SOT-23封裝)

規(guī)格：30V/4.2A，集成6kV ESD防護(hù)。

優(yōu)勢(shì)：柵極閾值電壓Vgs(th)低至1.3V，可直接由3.3V MCU驅(qū)動(dòng)；封裝尺寸僅1.6×1.2mm，完美適配高密度傳感器電路板。

 

 

三、典型電機(jī)驅(qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與MOSFET配置

典型電機(jī)驅(qū)動(dòng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).png

 

[鋰電池] --> [3相橋式驅(qū)動(dòng)電路] --> [MOSFET組Q1-Q6] --> [無刷電機(jī)繞組]

[無刷電機(jī)繞組] --> [位置傳感器反饋] --> [MCU PWM控制] --> [MOSFET組Q1-Q6]

拓?fù)湔f明：

每相由兩顆HKTG150N03構(gòu)成半橋（包含上管和下管）。

利用PDFN封裝底部的散熱焊盤，通過PCB內(nèi)部銅箔實(shí)現(xiàn)高效導(dǎo)熱。

嚴(yán)格控制死區(qū)時(shí)間小于50納秒（ns），有效規(guī)避直通電流損耗。

公司介紹

合科泰成立于1992年,是一家集研發(fā)、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售一體化的專業(yè)元器件高新技術(shù)及專精特新企業(yè)。

產(chǎn)品包括：

1、半導(dǎo)體封裝材料；2、被動(dòng)元件，主要有：電阻、電容、電感；3、半導(dǎo)體分立器件，主要有：MOSFET、TVS、肖特基、穩(wěn)壓管、快恢復(fù)、橋堆、二極管、三極管及功率器件，電源管理IC及其他集成電路等。

合科泰設(shè)有兩個(gè)智能生產(chǎn)制造中心：

1、中國(guó)華南地區(qū)的制造中心，位于惠州市博羅縣的合科泰科技智能制造園區(qū)，建筑面積75000㎡，擁有先進(jìn)設(shè)備及檢測(cè)儀器1000多臺(tái)，在當(dāng)?shù)嘏涮准瘓F(tuán)物流配送中心，而東莞塘廈生產(chǎn)中心為目前生產(chǎn)基地；

2、中國(guó)西南地區(qū)的制造中心，位于四川省南充市順慶區(qū)科創(chuàng)中心，廠房面積35000㎡，擁有先進(jìn)設(shè)備和檢測(cè)儀器儀表約2000臺(tái)；

2024年合科泰全面拓寬產(chǎn)品線，在四川南充成立三家子公司，分別是 順芯半導(dǎo)體 、南充安昊、南充晶科 ，主要負(fù)責(zé)研發(fā)生產(chǎn)半導(dǎo)體封裝材料；產(chǎn)品線拓寬后將最大程度滿足客戶需求。

合科泰堅(jiān)持客戶至上、品質(zhì)第一、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、以人為本的經(jīng)營(yíng)方針，為客戶提供一站式應(yīng)用解決方案服務(wù)。同時(shí)合科泰提供半導(dǎo)體芯片和分立器件封裝測(cè)試OEM代工等綜合性業(yè)務(wù)。

合科泰在集成電路設(shè)計(jì)、芯片測(cè)試、分立器件工藝設(shè)計(jì)、可靠性實(shí)驗(yàn)等方面積累了豐富核心技術(shù)儲(chǔ)備，擁有國(guó)家發(fā)明專利、實(shí)用新型專利等100多項(xiàng)。

合科泰通過了ISO9001、ISO14001、IATF16949體系認(rèn)證。

產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電源、照明、醫(yī)療電子、小家電、通信、安防儀器、工控、汽車電子等領(lǐng)域。

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