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　　高電壓MOSFET技術(shù)在過(guò)去幾年中經(jīng)歷了很大變化，給電源工程師帶來(lái)了不少選擇。只要提供有關(guān)不同技術(shù)的使用指南，就可以幫助工程師選擇合適的部件以達(dá)成其應(yīng)用的效率和成本目標(biāo)。了解不同MOSFET部件的細(xì)微差別及不同開關(guān)電路中的應(yīng)力，能夠幫助工程師避免諸多問題。本文除介紹簡(jiǎn)單的導(dǎo)通阻抗RDS(on) 以及其它MOSFET相關(guān)元素之外，并會(huì)探討更高電流密度與更快開關(guān)速度及的意義，提供使用更先進(jìn)的MOSFET取代舊型MOSFET的經(jīng)驗(yàn)法則，并探討在設(shè)計(jì)中利用新型MOSFET來(lái)獲得更低RDS(on) 與更低閘極電荷的指引。

　　高電

　　壓MOSFET部件采用兩種基本制程技術(shù)：一種是比較傳統(tǒng)的平面制程，如飛兆半導(dǎo)體的QFET UniFET。另一種是較新的電荷平衡技術(shù)。平面制程非常穩(wěn)定和耐用，但是對(duì)于確定的活動(dòng)區(qū)(active area)與崩潰電壓，其導(dǎo)通阻抗RDS(on)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于電荷平衡技術(shù)(如飛兆半導(dǎo)體的SuperFET以及SupreMOS MOSFET)的RDS(on)。對(duì)于特定的RDS(on)，活動(dòng)區(qū)大小的顯著差異會(huì)通過(guò)輸出電容與閘極電荷影響到MOSFET組件的熱阻與開關(guān)速度等其它特性。圖1所示為這三種制程技術(shù)的部份區(qū)別。

　　在特定崩潰電壓與尺寸條件下，若傳統(tǒng)MOSFET的RDS(on)為1Ω，最新的電荷平衡型部件(如飛兆半導(dǎo)體的SupreMOS MOSFET)的RDS(on)只有不到0.25Ω。如果僅僅關(guān)注RDS(on)，可能會(huì)誤認(rèn)為，可以在現(xiàn)有應(yīng)用中采用傳統(tǒng)部件四份之一大小的MOSFET部件。這種想法是錯(cuò)誤的，因?yàn)楫?dāng)裸晶(die)尺寸本身更小時(shí)，它的熱阻就會(huì)更高。因此，當(dāng)你認(rèn)識(shí)到MOSFET絕不僅僅是一個(gè)由RDS(on)表征的活動(dòng)區(qū)，上述含義得到進(jìn)一步驗(yàn)證。它還存在被稱之為“邊緣終端 (edge terminations)”的邊緣環(huán)區(qū)，旨在防止部件出現(xiàn)裸晶邊緣的電壓崩潰，而讓部件在活動(dòng)區(qū)崩潰。對(duì)于更小的MOSFET，特別是對(duì)于高電壓部件，該邊緣區(qū)可以大于活動(dòng)區(qū)，如圖2所示。雖然邊緣區(qū)對(duì)MOSFET的RDS(on) 沒有什么貢獻(xiàn)，但它有利于接面到管殼的熱阻RэJC。因此，當(dāng)RDS較高時(shí)，具有非常小的活動(dòng)區(qū)并不能顯著降低MOSFET的整體成本。

　　要了解這些差異，最好先了解一些適用于所有半導(dǎo)體部件的基本公式。對(duì)于任何半導(dǎo)體部件來(lái)說(shuō)，接面溫度(Tj)都是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。一旦超過(guò)最大接面溫度Tjmax ，組件就會(huì)失效。在較高的接面溫度下，RDS(on)較高，寄生二極管的反向恢復(fù)性能較差，從而導(dǎo)致較高的功率損耗。因此，保持低Tj 有助于提高系統(tǒng)的效率。了解這些影響因素并能夠計(jì)算出接面溫度是極有幫助的。接面溫度可由算式1計(jì)算：

　　● Tj = Ta+Pd*RэJA 算式1

　　算式1包含了三個(gè)主要因素：周圍環(huán)境溫度Ta，功耗Pd，以及接面至環(huán)境(junction-to-ambient)熱阻RэJA,。Pd包括部件的傳導(dǎo)損耗與開關(guān)損耗。

　　這可由算式2計(jì)算：

　　● Pd=D*RDS(on)*ID2+fsw*(Eon+Eoff) 算式 2

　　算式2中第一項(xiàng)代表的傳導(dǎo)損耗很簡(jiǎn)單，其中D是工作周期，ID是泄極電流，RDS(on)是泄極至源極阻抗，它也是電流與溫度的函數(shù)。用戶應(yīng)該查閱數(shù)據(jù)手冊(cè)中關(guān)于適用于本應(yīng)用運(yùn)行環(huán)境的、在近似接面溫度與泄極電流條件下的具體值，以獲得RDS(on)的近似值。D、ID與RDS(on)的準(zhǔn)確數(shù)值常常很難獲得，所以工程師往往選擇合理值的上限來(lái)進(jìn)行第一次計(jì)算。例如，0.3左右的D，Tjmax下的RDS(on)，以及一般在最壞情況(即低線輸入電壓和最大負(fù)載)下計(jì)算得到的Id，就是一組很好的初始值。單獨(dú)看上述數(shù)據(jù)，也許有人會(huì)認(rèn)為只需要考慮一個(gè)參數(shù)RDS(on)，但是為了得到更低的RDS(on)，通常需要一個(gè)更大的裸晶，而這會(huì)影響到開關(guān)損耗和寄生二極管的恢復(fù)性能。

　　功耗公式的第二部份與開關(guān)損耗有關(guān)。這種表示形式更常見于IGBT，但fsw*(Eon+Eoff) 則能夠更具體地描述功率損耗。在不同電路情況下，可能沒有導(dǎo)通損耗(Eon)或關(guān)斷損耗(Eoff)，或者是導(dǎo)通損耗或關(guān)斷損耗非常低。對(duì)于MOSFET，這些損耗受到開關(guān)速度與恢復(fù)二極管的影響。在平面型MOSFET中，通過(guò)壽命控制來(lái)提高寄生二極管的性能比在電荷平衡型部件中更為容易。因此，如果你的應(yīng)用需要MOSFET中的寄生二極管導(dǎo)通，例如，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的UPS和一些鎮(zhèn)流器應(yīng)用，采用一個(gè)寄生二極管特性更佳的的MOSFET比具有最低RDS(on)的MOSFET效果更好。最后，這些損耗要乘以開關(guān)頻率(fsw)，關(guān)鍵是設(shè)計(jì)合適的閘極驅(qū)動(dòng)電路，而MOSFET的輸入電容是該設(shè)計(jì)中的重要因素。