功率元器件应用秘诀，采用专用MOSFET提高效率

至于对PFC升压开关的功能要求，首先是低QGD×RSP品质因数，因QGD和CGD会影响开关速率，同时也要降低CGD、QGD和RSP，以减少导通与开关损耗。此外，还要具备硬开关和零电压开关，使COSS减少来压低关断损耗；加上PFC通常在100KHz以上的频率运行，亦要降低CISS减低闸极驱动功率。

　　至于PFC运作的可靠度，则须仰赖高dv/dt抗扰性，若需要MOSFET并联提供抗扰性，以承受dv/dt状况的再次出现，还须採用高闸极阈值电压（VTHGS）（35伏特）。

　　另外，PFC动态开关期间，MOSFET寄生电容的突然改变会导致闸极振盪，并增加闸极电压，将影响长期的可靠性，设计时须留意此一情形。因高ESR会增加关断损耗，尤其在零电压开关拓扑中，故闸极ESR的控制相当重要。

　　改善电源压降情形　同步整流方案崛起

　　同步整流也被称为主动（Active）整流，其以MOSFET取代二极体，用以提升整流效率。典型二极体的电压降大约会在0.71.5伏特之间，使得二极体中产生高的功率损耗。在低压DC-DC转换器中，此电压降将非常显着，造成效率下降。有时以萧特基整流器来代替硅二极体来改善；然而，因为当电压升高时，它的正向电压降也会增加；且在低压转换器中，萧特基二级体整流也无法提供足够效率，促进同步整流方案兴起。

　　现代MOSFET的RSP已大幅减少，且动态参数也已被优化。当这些主动式的控制MOSFET替换掉二极体，就可启动同步整流。如今，MOSFET已可实现仅几毫欧导通电阻，即使在大电流下亦可显着降低两端的电压降，相较于二极体整流，大幅度提高效率。

　　此外，同步整流不是硬开关，在稳定状态下具有零电压转换，且在导通和关断期间，MOSFET自体二极体导通，使经过MOSFET的压降为负，增加CISS。由于这种软开关，闸极恆压转变为零，将可有效减少闸极电荷。

　　对同步整流的主要要求包括低RSP、低动态寄生电容，藉此减少在高频下运行的同步整流电路闸极驱动功率。此外，还须具备低QRR和COSS以减少反向电流，当此一拓扑在高开关频率下运行时，会引发一个问题，就是在高开关频率下，此反向电流将可充当高洩漏电流。

　　与此同时，为避免暂态击穿及降低开关损耗，还需要低tRR、QRR和软性的自体二极体，且导通需为零电压开关。在MOSFET通道关断后，自体二极体再次导通，当次级电压反转时，自体二极体恢復，使得击穿的风险升高。对此，活跃二极体需要一个跨接MOSFET的缓衝电路，而QGD/QGS比也须具较低规格，方能用于二级侧同步整流。

　　接替萧特基二极体　MOSFET OR-ing更高效

　　至于形式最简单的OR-ing元件也是一种二极体，仅允许电流在一个方向流动，故当其失效时，电流不会回流入电源端，可保护输入电源。此类二极体可用于隔离冗余电源，若一个电源失效，将不会对整个系统产生影响，只要移除单点失效即可让系统使用剩余的冗余电源来保持运行。

　　然而，实现这种隔离有一些问题，一旦OR-ing二极体插入到电流路径中，会产生额外的功率损耗并降低效率，产生更多热源，故须加装散热器，导致系统功率密度难以提升。再者，OR-ing须具有软开关特性，否则当二极体被关断时，反向恢復会对系统产生影响。

　　为克服OR-ing二极体的问题，一直都是採用萧特基二极体设计，其与P-N二极体之间的主要差异，就是减小正向电压降及可忽略的反向恢復。普通硅二极体的压降介于0.71.7伏特之间；而萧特基二极体的正向电压降在0.20.55伏特之间。当以萧特基二极体做为OR-ing元件使用时，即便具有高洩漏电流，为系统带来额外的导通损耗，该总体损耗仍会小于硅二极体。

　　另一个解决方案是以功率MOSFET来取代萧特基二极体，但须引进额外的MOSFET闸极驱动器，增加系统复杂性。由于MOSFET的Rds（on）要求很小，因而两端电压降会比萧特基二极体的正向电压低很多，可称之为新一代主动OR-ing二极体设计。

　　现阶段低压MOSFET的Rds（on）已做到很低；即便採用TO-220或D2封装，也可以低至几毫欧姆。举例来说，快捷的FDS7650採用PQFN56封装，对于30伏特MOSFET而言，可达到小于1毫欧姆，当OR-ing MOSFET导通时，还可让电流以任一方向流动。至于在失效情况下，冗余电源提供大电流，因而OR-ing MOSFET须快速关断，快捷的PowerTrench MOSFET也可解决此种状况。