高压场效应管完成节能-KIA MOS管

高压场效应管

高压金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）手艺在曩昔几年中履历了很大的变更，这为电源工程师供给了很多挑选。

领会差别MOSFET器件的纤细差别及差别切换电路的应力，可以或许或许赞助工程师防止很多题目，并完成效力最大化。经历证实，接纳新型的MOSFET器件代替新式MOSFET，除简略地导通电阻上的差别以外，更主要的是，还能完成更高的电流强度与更快的切换速率和其余优胜机能。

高压场效应管-手艺

高压MOSFET器件接纳两种根基工艺：一种是比拟惯例的立体工艺；另外一种是新的电荷均衡工艺。

立体工艺很是不变和耐用，可是在有源区与击穿电压必然时，导通电阻远远高于超等FET 或超等MOS的电荷均衡工艺。

对给定导通电阻，有源区巨细的较着变更会经由过程输出电容与栅极电荷影响器件的热阻与切换速率。图1给出了三种工艺的导通电阻。

图1 三种FET工艺比拟

在不异击穿电压与尺寸前提下，最新的电荷均衡型器件的导通电阻只是传统MOSFET器件的25%。若是仅存眷导通电阻，可以或许会误以为，可以或许接纳传统器件四分之一巨细的MOSFET器件。可是，因为片基尺寸较小，它的热阻较高。

当你认识到MOSFET不可是由导通电阻表征的有源区时，这有着进一步的启迪。所谓“边缘终端”，是使器件不存在片基边缘上的电压击穿。对更小的MOSFET器件，出格是对高压器件，该边缘区可以或许大于有源区，如图2所示。

边缘区倒霉于导通电阻，而有益于热阻（结到管壳）。是以，在较高的导通电阻前提下，具有很是小的有源区不能较着地削减器件全体的本钱。

图2 对较小的MOSFET器件，边缘区乃至可大于有源区

关头参数

对任何半导体器件来讲，结温度(TI)都是一个关头参数。一旦跨越了器件的TI(max)，器件将会生效。

较高的结温度下，导通电阻较高，体二极管的反向规复时候较差，从而致使较高的功率消耗，是以坚持低的TI有助于体系更高效的运转。懂得这一景象的影响身分并可以或许或许计较结温度是很有赞助的。

结温度可由式（1）计较：

Tj=Ta+Pd·RΦJA             (1)

此中包含三个身分：四周情况温度Ta，功率耗散Pd与结至情况（juncTIon-to-ambient）热阻。Pd包含器件的导通消耗与切换消耗。

这可由式2计较：

Pd=D.RDS(on).ID2+fsw.(Eon+Eoff) (2)

第一项明白表现了导通消耗，此中D是占空比，ID是漏极电流，RDS(on)是漏极至源级电阻，它也是电流与温度的函数。应当查阅数据手册获得本利用运转情况下的结温度与漏极电流前提的详细值。

凡是难以获得D、ID与RDS(on)的详细数值，以是工程师们偏向于挑选公道值的上界值。或许有人以为只要要斟酌一个参数RDS(on)，可是为了获得更低的RDS(on)，凡是须要更大的片基，这会影响切换消耗和体二极管的规复。

切换消耗

功率消耗公式的第二局部与切换消耗有关。这类表现情势更罕见于绝缘栅门极晶体管（IGBT），但fsw.（Eon+Eoff）更好地描写了功率消耗。在差别电流下，可以或许不导通消耗或导通消耗很是低。

这些消耗遭到切换速率与规复二极管的影响。在立体型MOSFET器件中，经由过程进步寿命时候节制体二极管的机能比在电荷均衡型器件中更加轻易。

是以，若是你的利用须要MOSFET中的体二极管导通，比方，机电驱动的不中断电源（UPS）或一些镇流器利用，改良的体二极管特机能比最低的导通电阻更有感化。

用这些丧失乘以切换频次（fsw）。关头是设想适合的栅极驱动电流，而输出电容是该设想中的主要身分。

热阻

计较最大结温度的另外一关头是结至情况热阻RΦJA，它由式（3）计较。

RΦJA=RΦJC+RΦCS+RΦSA       (3)

RΦJC是结至管壳（junction-to-case）的热阻，与片基尺寸有关。RΦCS是管壳至汇点（case-to-sink）热阻，与热界面及电断绝有关，是用户参数。RΦSA汇点至情况热阻，为根基的散热与氛围活动。

半导体数据手册普通供给分立封装的节至管壳热阻与节至汇点的热阻。凡是供给节至情况的热阻，但这是假定不热消耗及器件装于运动氛围中的板上，或对一些外表配装器件，假定装置在肯定铺铜量的电路板上。在大大都情况下，肯定管壳至汇点及汇点至情况的热阻是由电源工程师担任的。

热阻的主要性表现在多个方面，包含器件的额外电流，如表1所示。给出的三种差别的600V器件的额外电流均为7A，但各自的RDS(on)值与RΦJC值差别很大。因为MOSFET器件的额外电流只是由导通消耗公式决议的，是以低热阻的影响较着。

是以，挑选准确的器件现实上取决于你筹算若何利用这些器件，筹算利用甚么切换频次，甚么拓扑布局和利用中的导热途径，固然，还要斟酌你筹办接管的本钱。

一些通用的指点是，在不存在体二极管规复消耗的功率因数校订（PFC）及回扫利用中，若是RDS(on)大于1Ω，高等立体工艺，比方,UniFET（II）、QFET及CFET则是较好的处理计划。这很大水平上是因为较低的RΦJC有助于器件坚持较高温度。

对高RDS(on)的须要，因为边缘终真个原因，电荷反射型器件的有缘区在全部片基地区中的比例绝对较小，而立体工艺的MOSFET，即便硅片稍大，也是较为自制的工艺，而二者封装本钱大至不异。

对须要反向规复的利用，在RDS(on)值与RΦJC值以外还需考查二极管特征，这一点是非常主要的。接纳高等立体工艺与电荷均衡工艺的MOSFET器件都可具有改良体二极管的特征。

在须要最低RDS(on)与疾速切换的利用中，新的均衡型器件，比方SupreMOS与SuperFET，可供给最大的上风。普通而言，SuperFET器件在RDS(on)请求为0.5～1Ω之时上风最大。而SuperMOS在RDS(on)低于0.5Ω时上风较着。这一差别又是因为热阻的感化。

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