高效的AC/DC SMPS與DC/DC轉換器是現(xiàn)代功率架構的主干，用于驅動電信或計算機等系統(tǒng)。為了滿足市場對這些轉換器的需求，英飛凌科技推出了全新的100VMOSFET系列器件。該系列器件以電荷平衡為基礎，可大幅度降低導通電阻。通過組合應用低柵電荷、高開關速度、卓越的抗雪崩能力及改進的體二極管(body-diode)特性，使這些器件適用于多種不同的應用。

簡介

電信與計算系統(tǒng)中的嵌入式功率系統(tǒng)面臨著功率密度日益增加帶來的挑戰(zhàn)。盡管功率要求不斷提高，但功率系統(tǒng)空間且保持不變。這些需求只有通過更高的系統(tǒng)效率來實現(xiàn)。

改進可在不同的級別實現(xiàn)——系統(tǒng)、轉換器和器件級別。新的功率架構可降低系統(tǒng)級別的損耗。優(yōu)化AC/DC和DC/DC轉換器的拓撲結構可提高轉換器級別的效率。新型MOSFET技術可提升器件級別的效率。MOSFET是功率轉換器中的關鍵組件。更好的技術可使現(xiàn)有拓撲結構采用更具挑戰(zhàn)性的工作條件 ——增加開關頻率甚至可以改變其他拓撲結構。

帶有超低柵電荷的高速系列(HS系列)可進一步將速度提升33%。

新型OptiMOS2 MOSFET的先進理念

功率MOSFET的補償理念是在1998年上市的600V CoolMOSTM產(chǎn)品中推出的。與傳統(tǒng)功率MOSFET相比，Rds(on) A大幅度降低的基本原理是由位于P柱的受體對N漂移區(qū)的施體進行補償。

對于擊穿電壓低于200V的應用而言，溝道場極板MOSFET是很好的選擇。場極板的應用可明顯改善器件的性能。器件包含深入大部分N漂移區(qū)的深溝道。絕緣深源電極通過厚氧化層與N漂移區(qū)隔離開，并作為場極板提供阻斷條件下平衡漂移區(qū)施體所需的移動電荷。厚場極板絕緣必須能夠承受溝道底部的阻斷電壓。相應地，以微米為單位的氧化物厚度也必須小心控制，避免底部溝道角落的氧化物過薄，并防止出現(xiàn)應力導致的缺陷。與標準MOS結構不同(標準MOS結構的電場呈線性下降，在體/漂移區(qū)pn結合部下降到最大值)，場極板可帶來幾乎恒定的電場分布，因此可縮短面向既定擊穿電壓的漂移區(qū)長度。此外，漂移區(qū)摻雜度可有所提高，以降低導通電阻。實際上，Rds(on) A甚至可降低到低于所謂的“硅極限值”——既定擊穿電壓下理想p+n-結點的導通電阻。場極板和溝道柵MOSFET的組合應用可帶來當今市場上最低的電阻和最快的硅開關技術。

應用優(yōu)點

在嵌入式功率系統(tǒng)中，目前面向100V MOSFET的主要應用有三種：AC/DC前端同步整流開關(輸出電壓12V～20V)、48V寬范圍電源母線上的功率開關以及利用48V電源母線進行操作的隔離式DC/DC轉換器的原邊側主開關。極低的Rds(on) 值對以上所有應用都有利。100V OptiMOS2技術的其他功能適用于其中的一些具體應用。

電荷平衡的應用使OptiMOS2 100V技術在大多數(shù)應用領域都具有很強的競爭力。這種技術可在單一器件里同時實現(xiàn)基準性關鍵參數(shù)如Rds(on) 、Qg、Qgd、Crss/Ciss比值和卓越的抗雪崩能力等。低導通電阻Rds(on) [12.5mΩ(max)@D-Pak，5.1mΩ(max)@D2-Pak]加上快速開關能力，以及卓越的抗雪崩能力使OptiMOS2 100V成為安全、高性能和高功率密度應用的正確選擇。1.抗雪崩能力

雖然電感負載在電機控制及類似應用中存在，但在嵌入式功率系統(tǒng)中并沒有， 因此MOSFET安全處理雪崩事件的能力至關重要。上述所有應用可能要面對諸如雷擊或其他不可預見性事件所造成的故障，使這些器件處于雪崩狀態(tài)?？煽康目寡┍滥芰Υ_保系統(tǒng)安全運行，即使在這些糟糕狀況下。

在硅技術級，有兩種機制可以在雪崩期間提供電荷載體。

第一種機制與MOSFET中寄生npn晶體管的導通有關。這是一種非熱破壞，因為它是由電流通過p基區(qū)造成的。一旦該區(qū)域的壓降大到可以順向偏壓繞過基極發(fā)射極勢壘，晶體管就會導通。該機制具有自動放大功能，可導致電流限制型雪崩特性。對于功率MOSFET來說，這種限制并不有利，因為只要達到臨界電流水平，即使是非常低的能量都足以破壞器件。

第二種機制與載體的雪崩產(chǎn)生相關。器件上的過電壓足以將單個自由電子加速至可以再次產(chǎn)生自由電子的水平，從而帶來連鎖反應。器件中的能量耗散分布在漂移區(qū)。在該機制下，器件雪崩能力限制是由該器件吸收(熱)能量的能力決定的。這個故障機制被稱為熱破壞機制。

器件由于熱破壞而發(fā)生故障，并呈現(xiàn)出特有的特性。這里的推斷線與不同溫度下的平均故障電流值相對應。與零電流線的交叉點標志著器件的固有溫度，是器件抗雪崩能力的衡量指標。

2.對動態(tài)導通的抗擾性

降低SMPS里的功率損耗最有效的方法就是將二次側整流從無源系統(tǒng)(使用二極管)變?yōu)橛性赐秸?使用MOSFET)。對于輸出電壓12V～24V(取決于拓撲結構)的應用而言，100V MOSFET是同步整流的正確選擇。由于有相應的傳導損耗，Rds(on)成為同步整流的關鍵參數(shù)。

但用于二次側整流的MOSFET也帶來了額外的風險。其中最顯著的方面是動態(tài)導通。在硬開關拓撲結構中，當器件開始阻斷時，可能有非常大的從漏極到源極的dv/dt值。這種dv/dt值通過容性Cgd/Cgs分壓器與柵極聯(lián)系起來，并可動態(tài)接通相關器件。在這種情況下將形