基於最近的趨勢，提高效率成為關鍵目標，為了獲得更好的EMI而采用慢開關器件的權衡並不值得。超級結可在平麵MOSFET難以勝任的應用中提高效率。與傳統平麵MOSFET技術相比，超級結MOSFET可顯著降低導通電阻和寄生電容。導通電阻的顯著降低和寄生電容的降低雖然有助於提高效率
，但也產生電壓（dv/dt）和電流（di/dt）的快速開關轉換
，形成高頻噪聲和輻射EMI。

 

為驅動快速開關超級結MOSFET
，必須了解封裝和PCB布局寄生效應對開關性能的影響，以及為使用超級結所做的PCB布局調整。主要使用擊穿電壓為500-600V的超級結MOSFET。在這些電壓額定值中，工業標準TO-220、TO-247

、TO-3P和TO-263是(shi)應(ying)用(yong)最(zui)廣(guang)泛(fan)的(de)封(feng)裝(zhuang)。封(feng)裝(zhuang)對(dui)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)有(you)限(xian)，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)內(nei)部(bu)柵(zha)極(ji)和(he)源(yuan)極(ji)綁(bang)定(ding)線(xian)長(chang)度(du)是(shi)固(gu)定(ding)的(de)。隻(zhi)有(you)引(yin)腳(jiao)的(de)長(chang)度(du)可(ke)以(yi)改(gai)變(bian)，以(yi)減(jian)少(shao)封(feng)裝(zhuang)的(de)源(yuan)極(ji)電(dian)感(gan)。如(ru)圖(tu)1（a）所示，10nH的典型引線電感看起來不大
，但這些MOSFET的di/dt可輕鬆達到500A/μs！假定di/dt為500A/μs，10nH引線電感上的電壓為VIND=5V；而10nH引線電感的關斷di/dt為1，000A/μs，可產生VIND=10Vdedianya。daduoshuyingyongheshejidouweikaolvdaocifujiadianganyehuichanshengdianya，danzheyidianbukehushi。yishangjiandanjisuanxianshi，fengzhuangdezongyuanjidiangan，jibangdingxianheyinjiaodianganbixujiangdizhikejieshoudeshuzhi。zaoshengdelingyigelaiyuanshibujujishengxiaoying。youliangzhongkejiandebujujishengxiaoying：寄生電感和寄生電容。1cm走線的電感為6-10nH
，通過在PCB頂部添加一層並在PCB底部添加GND層，可降低此電感值。另一類型是寄生電容。圖1（b）顯(xian)示(shi)了(le)布(bu)局(ju)中(zhong)容(rong)性(xing)寄(ji)生(sheng)效(xiao)應(ying)的(de)原(yuan)理(li)。寄(ji)生(sheng)電(dian)容(rong)由(you)兩(liang)條(tiao)相(xiang)近(jin)走(zou)線(xian)之(zhi)間(jian)或(huo)走(zou)線(xian)與(yu)另(ling)外(wai)一(yi)側(ce)的(de)地(di)平(ping)麵(mian)之(zhi)間(jian)引(yin)起(qi)。另(ling)一(yi)種(zhong)電(dian)容(rong)為(wei)器(qi)件(jian)和(he)地(di)平(ping)麵(mian)間(jian)的(de)電(dian)容(rong)。PCB板兩麵上的兩個並行走線能夠增加電容，同時還能減少回路電感，從而減少電磁噪聲輻射。下次設計需要超級結MOSFET時，請考慮這些布局提示。

因為MOSFET是單極性器件
，因此寄生電容是開關瞬態唯一的限製因素。電荷平衡原理降低了特定麵積的導通電阻
，而且，與標準MOSFET技術相比，相同RDS（ON）下的芯片尺寸更小。圖1顯示超級結MOSFET和標準平麵型MOSFET的電容。標準MOSFET的Coss為中度線性變化關係，而超級結MOSFET的Coss曲線呈現高度非線性關係。因為單元密度較高，超級結MOSFET的Coss初始值較高，但超級結MOSFET中，在約50V漏源電壓附近，Coss會迅速下降，如圖2所示。當使用超級結MOSFET應用到PFC或DC/DC轉換器時


，這些非線性效應可能造成電壓和電流振蕩。圖3顯示簡化的PFC電路示意圖，包括功率MOSFET內部寄生元件和外部振蕩電路，外部振蕩電路包含由布板帶來的外部耦合電容Cgd_ext.）。

圖2：平麵型MOSFET和超級結MOSFET輸出電容的比較

 

一般來說
，有多個振蕩電路會影響MOSFET的開關特性，包括內部和外部振蕩電路。在圖3的PFC電路中，L、Co和Dboost分別是電感、輸出電容和升壓二極管。Cgs、Cgd_int和Cds是功率MOSFET的寄生電容。Ld1
、Ls1和Lg1是功率MOSFET的漏極、源極和柵極邦定線以及引腳電感。Rg_int和Rg_ext是功率MOSFET的內部柵極電阻和電路的外部柵極驅動電阻。Cgd_ext是電路的寄生柵極-漏極電容。LD
、LS和LG是印刷電路板（PCB）的漏極
、源極和柵極走線雜散電感。當MOSFET打開或關閉時
，柵極寄生振蕩通過柵極-漏極電容Cgd和柵極引線電感Lg1在諧振電路內發生。

圖3：包含功率MOSFET內外部寄生元件的PFC電路簡圖

 

在諧振條件（ωL=1/ωC）下
，柵極和源極電壓中生成的震蕩電壓遠大於驅動電壓。因諧振變化而產生的電壓振蕩與品質因數成正比，Q（=ωL/R=1/ωCR）。當MOSFET關閉時，漏極寄生電感（LD+Ld1）、柵極-漏極電容Cgd和柵極引線電感Lg1網絡造成柵極振蕩電壓。如果柵極電阻（RG-ext.+Rg_int.）極小，則Q變大。另外，LS兩端的壓降和Ls1源極雜散電感在柵極-源極電壓中產生振蕩，可用表達式（1）表示。寄生振蕩可能造成柵源極擊穿、不良EMI、較大開關損耗、柵極控製失效，甚至可能造成MOSFET故障。

 

 

優化電路設計，最大限度地提高超級結MOSFET的性能而又不產生負麵影響非常重要。