當一個功率MOSFET被用在電橋拓撲或用作電源二次側同步整流時，體漏二極管的特性及質量因子將變得非常重要。當需要Qrr數值很低的軟反向恢複時，集成肖特基二極管的新60V“F7”功率MOSFET確保能效和換向性能更加出色。

在同步整流和電橋結構中，RDSon和Qg兩個參數並不是對功率MOSFET的唯一要求，實際上，本征體漏二極管的動態特性對MOSFET整體性能影響很大。體漏二極管的正向壓降(VF,diode)影響開關在續流期間(開關處於關斷狀態
，電流從源極經本征二極管流至漏極)的功率損耗；反向恢複電荷(Qrr)不僅影響開關在反向恢複過程的損耗，還影響開關性能。

MOSFET的尖峰電壓隨著Qrr升高而升高
，因此

，VFD和Qrr較(jiao)低(di)的(de)二(er)極(ji)管(guan)
，例(li)如(ru)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)，有(you)助(zhu)於(yu)提(ti)高(gao)開(kai)關(guan)的(de)總(zong)體(ti)性(xing)能(neng)，在(zai)電(dian)橋(qiao)拓(tuo)撲(pu)或(huo)用(yong)作(zuo)同(tong)步(bu)整(zheng)流(liu)器(qi)應(ying)用(yong)中(zhong)

，當(dang)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)很(hen)高(gao)且(qie)二(er)極(ji)管(guan)長(chang)時(shi)間(jian)導(dao)通(tong)時(shi)
，提(ti)升(sheng)性(xing)能(neng)的(de)效(xiao)果(guo)特(te)別(bie)明(ming)顯(xian)。本(ben)文(wen)將(jiang)在(zai)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)和(he)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)環(huan)境(jing)中(zhong)評(ping)估(gu)內(nei)置(zhi)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)的(de)新(xin)60V MOSFET的性能，並對比標準器件，重點論述新60V MOSFET的優勢。

MOSFET本征體漏二極管和肖特基二極管特性

圖1所示是一個N溝道功率MOSFET的典型符號。本征體漏二極管由p-body和n-drift兩個區組成，如圖1所示，體漏二極管與MOSFET的導電溝道並聯。

 
圖1 功率MOSFET管的符號。

一旦選擇了功率MOSFET，yinweiguitexinghechanpinshejideyuanyin，qineibujichengdebentierjiguandetexingyejiugudingxialai。benzhengtilouerjiguanyuqijianxindaobinglian
，suoyi，fenxigaibenzhengtilouerjiguandedongjingtaitexing，tebieshizaierjiguandaotongtiaojianxia，juyouzhongyaoyiyi。yinci，zaifanxianghezhengxiangpianyaguochengzhong，xuyaokaolvzuduandianyahezhengxiangdianliudezuidazhi，tongshi，yanjiuzaigonglvkaiguandaotonghouguanduanqijiandeerjiguanfanxianghuifuguochengyehenzhongyao(圖2)。

圖2 二極管反向恢複過程。

當二極管正向偏壓變成反向偏壓時
，電流不會立即降至零值，因為消除通態期間儲存的電荷需要時間。因此
，當t=t0時，二極管開始換向操作
，電流開始下降
，下降斜率(-a)恒定
，外部電感和電源電壓是決定斜率的唯一因素。在t1之前
，二極管被施加正向偏壓


，從t1到t2

，二極管壓降上升，達到電源電壓；在t=t2時
，反向電流達到最大值。間隔(t3-t0)被稱為反向恢複時間(trr)，而負電流與零線之間的區域是反向恢複電荷(Qrr)。tB期間的電流斜率主要與產品設計和矽特性有關。

軟度因子是軟度與快速恢複分類標準
，這個參數在很多應用領域都十分重要。軟度因子越大，反向恢複軟度越高。實際上，如果tBqufeichangduan
，dianliukuaisubianhuayudianlubenzhengdianganjiuhuichanshengbuxiangkandaodedianyaguochonghezhenlingxiaoying。jianfengdianyakenenghuigaoyugonglvkaiguanguandejichuandianya，ciwai，EMI性能也會惡化。如圖2所示，在二極管反向恢複期間，大電流和高反向電壓會同時產生耗散功率

，致使係統性能降低。

ciwai，zaidianqiaotuopuzhong，xiaqiaobikaiguandezuidafanxianghuifudianliujiadaoshangqiaobikaiguandianliuzhong
，zhishihaosangonglvshangshengzhizuidaedingzhi。zaibentierjiguanchongdangxuliuqijiandedianqiaotuopu、降壓轉換器或同步整流等開關應用中，反向恢複電荷(Qrr)減少有助於係統性能最大化，抑製尖 峰電壓，降低關斷時的開關噪聲。在MOSFET結(jie)構(gou)內(nei)集(ji)成(cheng)一(yi)個(ge)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)是(shi)一(yi)個(ge)效(xiao)果(guo)不(bu)錯(cuo)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。集(ji)成(cheng)肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)的(de)方(fang)法(fa)是(shi)在(zai)金(jin)屬(shu)薄(bo)膜(mo)層(ceng)與(yu)半(ban)導(dao)體(ti)區(qu)之(zhi)間(jian)製(zhi)作(zuo)一(yi)個(ge)電(dian)觸(chu)點(dian)，電(dian)流(liu)主(zhu)要(yao)是(shi)與(yu)多(duo)數(shu)載(zai)流(liu)子(zi)有(you)關(guan)，因(yin)為(wei)儲(chu)存(cun)電(dian)荷(he)少(shao)
，肖(xiao)特(te)基(ji)二(er)極(ji)管(guan)正(zheng)反(fan)偏(pian)壓(ya)切(qie)換(huan)比(bi)其(qi)他(ta)矽(gui)二(er)極(ji)管(guan)快(kuai)。此(ci)外(wai)
，肖(xiao)特(te)基(ji)正(zheng)向(xiang)壓(ya)降(jiang)(≈0.3V)比標準矽二極管低
，這意味著肖特基的通態功率損耗小。

當隻有優化Qrr和VF,diode才能提高係統總體性能時，集成肖特基二極管的新60V MOSFET是一個正確選擇。圖3列出了標準MOSFET和集成肖特基的功率開關的主要電參數(兩款產品的BVDSS和芯片尺寸相同)。

圖3 MOSFET的電參數。

單片肖特基二極管在電源管理環境的產品優勢

在一個同步降壓轉換器(圖4)內
，集成肖特基二極管的功率MOSFET可以用作下橋臂開關(S2)，以提高轉換器的總體性能。

圖4 單相同步整流降壓轉換器拓撲。

事實上，下橋臂體二極管導通損耗(Pdiode,cond)和反向恢複損耗(PQrr)與二極管正向壓降(VF,diode)及其反向恢複電荷(Qrr)密切相關：

如公式(1)和(2)所示，導通損耗隨著開關頻率、轉換器輸入電壓和輸出電流升高而變大。當兩個場效應晶體管都是關斷狀態，電流經過下橋臂本體二極管時被稱為死區時間(dead time)，嚴重影響二極管導通損耗：當空載時間較長時
，降低體二極管正向壓降有助於導通損耗最小化
，提高性能。圖5所示是60W、48V~12V、250kHz同步整流降壓轉換器的性能。

圖5 同步整流降壓轉換器的性能。

現在，觀察隔離功率轉換器環境，當輸出功率和空載時間數值都很大時
，理想的二次側同步整流器不僅具有盡可能小的RDSon導通電阻，以降低導通損耗，同時還應優化本體二極管特性(Qrr和VF,diode)
，以降低二極管損耗(圖1和2)，以最大限度降低關斷尖峰電壓。本文在一個500W數字電源內對60V標準功率開關和內置肖特基的功率開關進行比較。數字電源由兩個功率級組成：功率因子校正器和內置同步整流器的LLC諧振電路，最大輸出電流是42A、滿負載開關頻率是80kHz

、空載時間1μs。圖6是性能曲線比較。

圖6 同步整流降壓轉換器的性能。

在兩個拓撲內，60V內置肖特基二極管的器件在整個電流範圍內性能表現更好，從而提高了係統總體性能。

在電橋拓撲中改善開關特性

在電橋拓撲內
，反向恢複過程從下橋臂開關(圖7中的Q2)續流結束時開始，到上橋臂開關(圖7中的Q1)開始導通時終止，且最終的恢複電流加到上橋臂電流內。連同上橋臂開關上的額外電流
，下橋臂反向恢複過程與Vds≈0V到Vdc換向操作，可能會在下橋臂開關閘源電壓上產生雜散跳變電壓
，因為下橋臂Ciss(輸入電容)是透過Crss(Miller電容)完成充電過程。

圖7 全橋轉換器原理圖。

結果，在Q2柵(zha)極(ji)上(shang)感(gan)應(ying)的(de)電(dian)壓(ya)可(ke)能(neng)會(hui)觸(chu)發(fa)開(kai)關(guan)
，致(zhi)使(shi)係(xi)統(tong)穩(wen)健(jian)性(xing)和(he)性(xing)能(neng)惡(e)化(hua)。電(dian)橋(qiao)下(xia)橋(qiao)臂(bi)開(kai)關(guan)應(ying)該(gai)有(you)軟(ruan)換(huan)向(xiang)功(gong)能(neng)，在(zai)漏(lou)源(yuan)極(ji)之(zhi)間(jian)無(wu)危(wei)險(xian)的(de)尖(jian)峰(feng)電(dian)壓(ya)和(he)高(gao)頻(pin)振(zhen)鈴(ling)效(xiao)應(ying)，下(xia)橋(qiao)臂(bi)開(kai)關(guan)改(gai)用(yong)內(nei)置(zhi)肖(xiao)特(te)基(ji)的(de)功(gong)率(lv)MOSFET
，即可取得所需的開關特性。事實上
，其較小的反向恢複電荷(Qrr)直接影響電壓過衝值，因為Qrr值越高
，過衝電壓越高。如果Vds過(guo)衝(chong)和(he)振(zhen)鈴(ling)效(xiao)應(ying)參(can)數(shu)值(zhi)較(jiao)低(di)
，下(xia)橋(qiao)臂(bi)開(kai)關(guan)柵(zha)極(ji)雜(za)散(san)跳(tiao)變(bian)電(dian)壓(ya)將(jiang)會(hui)降(jiang)低(di)

，從(cong)而(er)將(jiang)擊(ji)穿(chuan)風(feng)險(xian)降(jiang)到(dao)最(zui)低(di)。此(ci)外(wai)，因(yin)為(wei)開(kai)關(guan)噪(zao)聲(sheng)降(jiang)低(di)，軟(ruan)恢(hui)複(fu)還(hai)能(neng)提(ti)高(gao)EMI總體性能。從標準MOSFET和內置肖特基MOSFET上橋臂導通波形來看
，不難發現，集成肖特基二極管MOSFET下橋臂雜散跳變電壓下降明顯。

結論

為很多應用(工業電機和開關電源的同步整流、逆變器

、電機驅動)選擇適合的MOSFET時，不僅要考慮RDSon和Qg
，還要分析本征體漏二極管的動靜態特性。當需要軟反向恢複和低Qrr時，集成肖特基二極管的60V F7功率MOSFET確保功率開關的性能和換向性能更加出色。此外


，在實際應用中，當續流時間或空載時間持續時間長時，肖特基的VF,diode數值可讓應用取得更高性能。






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