ＣＯＯｌＭＯＳ ＣＳ服務器系列ＭＯＳＦＥＴ：向理想開關邁進

英飛凌公司Gerald Deboy Fanny Dahlquist Uwe Wah

前言

CoolMOS CS系列“超級結”MOSFET器件高壓設備的成功是基于1 9 9 8年英飛凌公司推出的CoolMOS技術。這些器件的優越性能實現了區域導通電阻的大幅度降低。為了防止過早的電壓擊穿，載流子得到了相鄰漂移區內p一區的補償。P一區與導電n一區緊密封閉在一起。在阻斷狀態下，這些相鄰的n一區域和p一區域通過移動載流子相互耗盡。“超級結”技術的名稱是從融合的PN結結構產生的三維表面得來的。這一原理為客戶創造了無與倫比的MOSFET性能。

器件特點

圖1對當今T0220封裝中幾種器件的導通電阻值進行了比較。傳統MOSFET受到所謂的硅極限的限制。“超級結”原理可以讓英飛凌最新技術將標準T0220封裝中的導通電阻大幅度削減至99 m。區域導通電阻與傳統MOSFET相比降低了5倍多。

換句話說，在這種技術下，給定導通電阻所需要的芯片尺寸是傳統功率MOSFET技術所需尺寸的1／5。大幅度的芯片尺寸縮小與設備電容的減少一致，后者是快速開關的關鍵。將這些低電容與高速柵信號擴展結合在一起，我們保證所有的MOS單元可以同時開關。可以通過常用方法，即設置一個合適的柵電阻值，來實現開關速度控制。

通過提高摻雜水平來降低導通電阻，通常不支持低柵電荷。這個矛盾是通過新的柵結構解決的，使柵漏電荷比前一代技術要低3倍。這實現了世界上最低記錄的FoM(R。×Qg)值，而且柵漏、柵源電荷比值Qgd，Qgs小于1．5，這是非常有利的結果。

圖2顯示了圖1中器件的FoM(R。×Q。)值比較，我們最新系列產品顯示的是5wnc，不到傳統MOSFET值的1／10。

顯然，非常低的FoM代表低導電損耗和更便捷的驅動。 開關損耗中第二個要考慮的影響是輸出電容中儲存的能量E＝J Coss·u·du。這些能量在硬開關啟動后轉換成熱能。

由于輸出電容很強的非線性電壓依賴，這里的頁“超級結”器件可以實現非常好的性能。使用高性能輸出電容C_oss(er)。它在提供輸出電容中同等儲存能量的同時，能夠使電壓升高到最高擊穿電壓的80％，我們可以得到另外一個優值C_oss(er)×R_Dson。CS系列器件在這里設置了12．9Ohm乘pF的基準。

應用結果

我們在600V寬電壓輸入范圍的升壓型PFC拓撲中以130kHz頻率進行了測試，對CS系列器件與競爭性產品進行了比較。測試中使用了碳化硅肖特基二極管作為升壓二級管。由于輸入電壓的范圍寬以及硬開關的性質，PFC升壓能很好地測試導電與開關損耗。為了使對比盡量公平，我們選擇了導通。

圖3展示了每款產品實現的效率。使用CoolMOS CS系列晶體管后，PFC效率比CoolMOS C3要高0．2％，比其他競爭對手要高約0．5％。這些改進主要是因為這款產品非常快的開關速度(所有器件都使用了同一個柵極驅動電阻)以及儲存在輸出電容中更低的能量。