超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2023-05-10
超級結 MOSFET (SJ-MOS)英文名稱叫Super Junction MOSFET。為了解決額定電壓提高而導通電阻增加的問題，超結結構MOSFET在D端和S端排列多個垂直pn結的結構，其結果是在保持高電壓的同時實現(xiàn)了低導通電阻。超級結的存在大大突破了硅的理論極限，而且額定電壓越高，導通電阻的下降越明顯。
超級結MOSFET超越了平面制造工藝（基于單個p-n結），具有多個垂直p-n結的結構。最終實現(xiàn)了在多條平行路徑上“共享”導通電阻，降低了總導通電阻。
與其他晶體管拓撲結構相比，它具有明顯的優(yōu)勢，特別是在按面積計算的導通電阻方面。這相應地降低了損耗，意味著它不僅價格更加低廉，還可在無需散熱的情況下，用于切換更高電壓和電流的應用。
超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應
高頻高功率密度開關電源為了提高效率，通常使用零電壓ZVS軟開關技術。功率MOSFET開通前，COSS電壓VDS為直流母線電壓，COSS電容儲存能量，通過外加電感L和COSS串聯(lián)或并聯(lián)，形成LC諧振電路，COSS放電，VDS諧振下降；當VDS諧振下降到0時，功率MOSFET內部反并聯(lián)寄生二極管自然導通續(xù)流，VDS電壓幾乎為0，此時，開通功率MOSFET，就可以實現(xiàn)零電壓ZVS開通。
功率MOSFET關斷時，直流母線電壓對COSS電容充電，VDS電壓從0開始上升；由于超結功率COSS電容非線性特性，在電壓為0時COSS足夠大，VDS電壓上升速度非常慢，dV/dT上升斜率非常小。
功率MOSFET關斷后，ID電流從最大值下降到0過程中，VDS和ID電流的交疊區(qū)面積很小，關斷損耗非常小，自然形成零電壓ZVS關斷。
理論上，ZVS軟開關過程中，COSS電容充放電，基本上沒有損耗。實際應用中卻發(fā)現(xiàn)，功率MOSFET在ZVS軟開關過程中，COSS電容充放電過程存在一定的額外損耗，無法恢復存儲在輸出電容COSS中的全部能量，這個現(xiàn)象稱為超結功率MOSFET輸出電容的遲滯（滯洄）效應，其最先由美國Enphase公司工程師發(fā)現(xiàn)：
Coss Related Energy Loss in Power MOSFETs Used in Zero Voltage Switched Applications, J. B. Fedison, M. Fornage, M. J. Harrison, D. R. Zimmanck, Enphase Energy Inc., APEC 2014.
文獻中的波形
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