英飞凌新一代CoolMOSCFD2超结器件随着功率密度不断提高半桥.pdf

英飞凌新一代 CoolMOS CFD2超结器件 随着功率密度不断提高，半桥 ( 例如 HID 半桥或 LLC)和全桥 ( 例如 ZVS 全桥 ) 等软开关拓扑成为理想的解决方案。 由于改善了功率器件上 di/dt 和 dv/dt 的动态性能， 采 用这些拓扑可降低系统的开关损耗， 提高可靠性。 这种情况主要出现在轻载条件下。 事实证 明， CoolMOS这样的超结器件可以克服这个问题，由于其内部优化了反向恢复过程电荷载流 子去除功能， 并且消除内部寄生 NPN双极晶体管的栓锁问题。 通过增强注入载流子的结合率 可大幅降低反向恢复电荷， 而且增强结合率可降低关断过程中的反向恢复峰值电流， 并使反 向恢复电荷大幅降低至约为原来的十分之一。 对于优化体二极管 ( 图 1) 性能在硬开关条件下 应用而言，反向恢复波形的形状和印刷电路板的设计尤其重要。新一代 CoolMOS 650V CFD2 改进了体二极管反向恢复性能，而且给击穿电压留有更大的安全裕量。 图 1 CoolMOS 高压功率 MOSFET及其内部体二极管的横截面示意图。 反向恢复行为 新一代 CoolMOS650V CFD的反向恢复特性如图 2 所示。与标准器件相比， 新一代 CoolMOS 650V CFD器件具备极低的反向恢复电荷 Qrr 、极短的反向恢复时间 trr 和极小的反向恢复电 流最大值 Irrm 。 图 2 是在 di/dt=100A/ μs 、25 °C 和 Vr=400V 等条件下测量的反向恢复波形。 相对于标 准器件，新一代 CFD器件具备极低的 Qrr 、trr 和 Irrm 。 与此同时，尽管 Qrr 、trr 和 Irrm 大幅降低，但这种新器件的波形仍然显示出软特性。 这种特性十分适用于硬换流，旨在避免电压过冲和确保器件可靠运行。 换流耐用性 图 3 新一代 CoolMOS650V CFD2器件的反向恢复波形。即使在测试仪达到最大功率条件 下，这些器件也不会受损。 图 3 的反向恢复测量结果 ( 在 di/dt 2000A/ μs 的条件下 ) 显示了 CoolMOS(tm) 650V CFD2器件的换流耐用性。 在这些条件下， 无任何器件受损。 相对于其他超结器件波动剧烈的波形， 这些波形仍然 显示出了软特性。 显而易见， 这对于设计人员而言是一大优势。 设计人员可通过优化其应用， 获得最大性能，同时不必担心器件在体二极管进行硬换流时发生损毁。 Qrr 和 trr 与温度关系 图 4 310m Ω 650V CFD 器件的 Qrr 和 Trr 与温度关系。 对于设计人员而言，了解 Qrr 和 trr 与温度关系至关重要。 Qrr 和 trr 值会随着温度的 升高而增大，这是因为器件中的载流子在高温下不断增加。图 4 显示了 310mΩ 650V CFD2 器件的 Qrr 和 trr 值与温度的这种关系。从图形可看出 Qrr 和 trr 与温度成线性关系。 Qrr 和 Trr 与通态电阻关系 另一个需要注意的重要方面是 Qrr 和 trr 与器件的通态电阻关系，如图 5 和图 6 所示。 图 5 和图 6 将新一代基于 C6 技术的 650V CFD2 器件与英飞凌前代基于 C3 技术的 600V CFD 进行对比。 图 5 Qrr 与通态电阻关系， 测量条件为 25 °C 。将 80 mΩ、310 mΩ和 660m Ω650V CFD2 器件与前代基于 C