通信系统中超高效率Buck变换器设计考虑

适用于上管的SGT新型功率MOSFET

通常，对于MOSFET，导通电阻Rds(on)和漏极栅极的米勒电容是一个相互矛盾的参数，除非采用新的技术，才能解决这个问题。对于同样面积的晶圆，如果要减小米勒电容，就必须想方法减小漏极和栅极相对接触的面积，最为直观的方法就是对栅极采用一定的屏蔽技术，从而减小漏极和栅极的相对电容。图2就是采用AOS的专利技术SGT所制作的新型的具有极低漏极栅极米勒电容的功率MOSFET。

注意到图2中，除了栅极结构，其他的部分就是标准的采用Trench工艺的MOSFET。栅极被分割成上下两个部分，下部分用一些特殊的材料屏蔽起来，下部分在内部和上部分的栅极相连，而栅极的屏蔽层被连接到源极，从而减小漏极栅极米勒电容。用这种技术设计的MOSFET如AOL1464，其Vds为30V，Vgs在10V条件下Rds(on)为6.2mΩ，而其Crss只有20pF，极大地减小了开关过程中米勒平台的持续的时间，降低了开关损耗。AOL1430，其Vds为30V，Vgs在10V条件下Rds(on)为2.5mΩ，而其Crss为50pF。图3中，下管采用AOS的AOL1428，上管采用AOL1430和其他厂家目前Crss最低的器件的效率曲线，可见，上管采用AOL1430具有非常高的效率。注意：输入电压12V，输出电压    1.7V，开关频率300kHz。

图2 采用SGT新型功率MOSFET结构

图3 SGT功率MOSFET效率

适用于下管的超低Rds(on)功率MOSFET

下管主要是导通损耗，因此要尽量使用导通电阻Rds(on)低的功率MOSFET。目前，主要通过改进工艺和使用新的材料，在同样面积的晶圆上，降低每个单元的电阻，同时尽可能的设计出更多的单元，提高单元的密度，以形成低的导通电阻Rds(on)。

图4中，每个MOSFET单元，在相同额定的Vds电压条件下，导通电阻相同，其具有更高的单元密度，在水平和垂直两个方向都尽可能缩小了尺寸。AOS的AON6702采用DFN的封装，其Vds为30V，Vgs在10V条件下Rds(on)为1.9mΩ，同时内部集成的具有优异特性的肖特基二极管。

(a)原来的单元结构

(b)新的单元结构

图4 高密度的MOSFET单元结构

结论

（1）同步Buck变换器的上管同时具有开关损耗和导通损耗，在输入输出压差大的应用中，开关损耗为主。导通损耗与MOSFET的导通电阻Rds(on)成正比，开关损耗与漏极栅极米勒电容相关。

（2）采用SGT技术的功率MOSFET具有超低的漏极栅极米勒电容，从而减小了开关过程中米勒平台的持续的时间，降低了开关损耗。

（3）同步Buck变换器的下管只有导通损耗，开关损耗几乎为0。要选取 Rds(on)尽量小的MOSFET。使用新工艺和新材料，可以提高晶圆上单元的晶胞密度，降低单元的电阻密度。