通讯系统中超高效率降压型变换器的设计考虑

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，必须采用新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，则必须减小漏极和栅极相对接触面积。最为直观的方法是对栅极采用一定的屏蔽技术，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所制作的具有极低漏极栅极米勒电容的新型功率MOSFET。



在图2中，除了栅极结构，其它部分是标准的采用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，而下部分栅极的屏蔽层被连接到源极，以减小漏极栅极米勒电容。采用这种技术设计的MOSFET，例如AOL1464，其Vds为 30V，在Vgs等于10V条件下，Rds(on)为6.2mΩ，而其Crss只有20pF。这样大大减小了开关过程中米勒平台的持续时间，降低了开关损耗。AOL1430的Vds为30V，在Vgs等于10V条件下，Rds(on)为2.5mΩ，而其Crss为50pF。图3给出了下管采用AOS的 AOL1428、上管采用AOL1430的设计，和采用其他厂家目前Crss最低器件的设计的效率曲线。由此可见，上管采用AOL1430的设计具有非常高的效率。请注意，这里的输入电压为12V，输出电压为1.7V，开关频率为300kHz。



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)。

(a) 原来的单元结构

(b) 新的单元结构



在图4中，每个MOSFET单元在相同额定的Vds电压条件下，导通电阻都相同，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 AON 6702采用DFN的封装，Vds为30V，在Vgs等于10V条件下，Rds(on)为1.9mΩ，同时内部集成了具有优异开头特性的肖特基二极管。

本文小结

同步降压型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，以开关损耗为主。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。

采用SGT技术功率MOSFET具有超低的漏极栅极米勒电容，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。

同步降压型变换器的下管只有导通损耗，开关损耗几乎为0。建议选取Rds(on)尽量小的MOSFET。采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。

作者：刘松，丁宇

万代半导体元件(上海)有限公司

作者介绍：刘松，男，硕士，36岁，万代半导体元件有限公司应用中心经理，曾任凌特有限公司上海办事处应用工程师，ST意法半导体上海有限公司高级电源系统工程师，现主要从事开关电源系统及模拟电路的应用研究和开发工作。发表论文30多篇，获发明专利一项及广东省科技进步二等奖一项。

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