功率元器件应用秘诀，采用专用MOSFET提高效率

关应用因工作电压增加，导通和关断损耗也将提高，为减少关断损耗，可根据Rds（on）来优化CRSS和COSS。

　　MOSFET支援零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）拓扑；然而IGBT仅支持ZCS拓扑，故一般而言，IGBT应用于大电流和低频开关，MOSFET用于小电流和高频开关；而透过混合模式模拟工具则可用来设计特定应用MOSFET。

　　事实上，随着硅、沟槽技术迭有进展，特定应用MOSFET的导通电阻及其他动态寄生电容均已大幅降低；同时，更先进的封装技术也对改善特定应用MOSFET的自体二极体恢復性能，发挥关键性的作用。

　　MOSFET适用高/低频逆变器

　　以DC-AC逆变器应用为例，其广泛应用于马达驱动、UPS和绿色能源系统，通常高电压和大功率系统使用IGBT；但对LV、MV、HV（12400伏特输入DC汇流排），通常使用MOSFET。在太阳能、UPS和马达驱动的高频DC-AC逆变器领域，MOSFET已相当普及。

　　在某些DC汇流排电压大于400伏特的情况下，会採用HV MOSFET；至于用在低功率应用上，因MOSFET具有一个内在的自体二极体，其开关性能很差，通常会在逆变器桥臂互补MOSFET中带来高导通损耗。不过，在单开关或单端型应用中，如功率因数校正（PFC）、正向或返驰式（Flyback）转换器，自体二极体不是正向偏压，可忽略它的存在。

　　由于低载波频率逆变器的负担是附加输出滤波器的尺寸、重量和成本；高载波频率逆变器的优势是较小、较低成本的低通滤波器设计。MOSFET可通用在这些逆变器裡，因可在较高的开关频率下工作，此即减少射频干扰（Radio-Frequency Interference， RFI），且因开关频率电流成分在逆变器和输出滤波器内流转，从而消除向外的流动。

　　逆变器强调安全高效率　MOSFET须面面俱到

　　逆变器内建的MOSFET要求降低导通损耗，导致元件到元件之间的Rds（on）变化也须做到更小。此举有两个主要目的，首先在逆变器输出端的DC成分较少，且此一Rds（on）可用于电流感测，以控制异常状况（主要是在低压逆变器中）；另外就是对相同的Rds（on），低导通电阻可缩小裸晶尺寸，从而降低成本。

　　当裸晶尺寸缩小时，还可进一步使用非箝位感应开关（Unclamped Inductive Switching， UIS）来设计MOSFET单元结构；相较于平面MOSFET，在相同的裸晶尺寸条件下，现代沟槽MOSFET具有良好的UIS。而薄裸晶减小热阻（Thermal Resistance， RthJC），在这种情况下，较低的品质因数（FOM）可以公式1表示：

　　RSP×RthJC/UIS.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。公式1

　　对逆变器而言，MOSFET还须拥有良好的安全工作区（Safe Operating Area， SOA）和较低的跨导。同时，逆变器会产生少量的闸漏电容（Gate-to-drain Capacitance， CGD）（米勒电荷），但低CGD/CGS比是必要的，可降低击穿的机率，且适度提高CGD可帮助减少电磁干扰（EMI），而低CGD则增加dv/dt，并因此加剧EMI。这些逆变器不在高频下工作，而是处于中频状态，故可让闸极ESR增加少许，并可允许稍高的CGD和CGS。

　　此外，MOSFET也要降低COSS减少开关损耗，但开关期间的COSS和CGD突变会引起闸极振盪和高过衝，长时间可能损坏闸级。这种情况下，高源漏dv/dt会成为一个问题。若藉由超过3伏特的高闸极阈值电压（VTH），则可实现更好的抗噪性和并联效益。

　　必须注意的是，逆变器MOSFET在某些情况下，需要高脉衝漏极电流（IDM）能力，以提供高短路电流的抗扰度，高输出滤波器的充电电流，以及高马达启动电流。另外，藉着在裸晶上使用更多的接合丝焊来减少MOSFET的共源极电感。

　　最后则是拥有自体二极体恢復能力，MOSFET须具低QRR和tRR，且更软、更快的自体二极体。同时，软度因数（Softness Factor）S（Tb/Ta）应该大于1。如此一来，将可减小二极体恢復、dv/dt及逆变器的击穿可能性；反过来说，活跃（Snappy）自体二极体会引起击穿和高电压尖峰脉衝的问题。

　　自体二极体对效率影响甚巨

　　本文讨论的快速自体二极体MOSFET，因自体二极体的离子寿命被压缩，故减少tRR和QRR，让MOSFET的自体与外延二极体极为相似。这种特性使此一MOSFET适用于各种不同应用的高频逆变器。至于逆变器桥臂，二极体由于反向电流而被迫正向导通，更加突显此特性的重要性。

相形之下，常规MOSFET的自体二极体一般反向恢復时间长、QRR值高，若此自体二极体被迫导通，负载电流则改变方向，从二极体流向逆变器桥臂中的互补MOSFET；那么，在整个tRR期间，可从电源获得大电流。这增加MOSFET中的功率耗散