快速开关超结MOSFET的驱动和布局设计.pdf

AN-9005 快速开关超结 MOSFET 的驱动和布局设计 摘要 为了降低噪音辐射，需要较高的寄生电容值。寄生电容 要求存在直接的冲突。根据最近的系统趋势，提高效率 功率 MOSFET 技术继续朝着更高单元密度和低导通电阻 是关键目标，而仅仅为了减少 EMI 而降低开关器件的 发展。然而，由于导通电阻的大小会随阻断电压的增大 速度并不是最佳解决方案。本指南说明在设计快速开关 而呈指数增长，因此使用传统平面 MOSFET 技术显著减 电源器件时，如何权衡这些考虑因素。 小导通电阻时就存在硅限制。克服硅限制的其中一个努 力是在高电压功率 MOSFET 中采用超级结技术。超级结 超级结 MOSFET 技术 技术可同时显著降低导通电阻和寄生电容，而其通常存 通常认为 RDS(ON) x QG ，即品质因数 (FOM) 是开关电源 在权衡取舍。由于寄生电容较小，这些超级结 MOSFET (SMPS) MOSFET 最重要的单项性能指标。因此，已经开 具有极快的开关特性，从而可以降低开关损耗。当然， 发出数项提高 R ) x Q FOM 的新技术。10 年前，采 这种开关行为会产生 较大的dv/dt 和 di/dt ，dv/dt DS(ON G 用电荷平衡理论的超级结器件就已引入到半导体行业， 和 di/dt 通过器件和印制电路板中的寄生元件影响开 [3] 为高电压功率 MOSDFET 市场设定了新基准 图 1。显 关性能。开关行为还与系统的 EMI 性能有关。因此， 示了平面型 MOSFET 和超级结 MOSFET 的垂直结构和电 优化的设计对操作高速 MOSFET 非常重要。本应用指南 场分布。平面型 MOSFET 的击穿电压取决于漂移层掺杂 的目的是讨论与快速开关 MOSFET 开关性能有关的驱动 度及其厚度。电场分布的斜率与漂移层掺杂度成正比。 方法和布局要求。 因此，需要较厚且轻掺杂的 EPI 来支持更高的击穿电 简介 压。高压 MOSFET 的导通电阻主要来自漂移区。因此， 导通电阻随较厚且轻掺杂的漂移层呈指数增加，从而实 开关器件的功率损耗可以分为四部分： 导通损耗、开 现较高的击穿电压，如图 2所示。 关损耗、由漏电流产生的关断状态损耗，以及驱动损耗 与传统平面技术的井状结构相比，超级结技术体中有较 。在采用高压开关器件的开关电源应用中，最后两部分 深的P-型柱状结构。柱状结构可有效限制轻掺杂 epi 损耗可以忽略。可以通过最小导通电阻，降低导通损耗 区域中的电场。由于采用这种P-型柱状结构，与传统平 。开关损耗取决于开关转换时段，在该时段，电流和电