MOSFET选择策略详解

MOSFET是这些逆变器应用的理想之选，因为它们可以工作在较高的开关频率下。这能减少射频干扰(RFI)，因为开关频率电流分量在逆变器和输出滤波器内部流动，从而消除了向外流动。

　　针对逆变器应用的MOSFET的要求包括：

　　特定的导通电阻(RSP)应该较小，来减少导通损耗。器件到器件的RDSON变化应该较小，这有两个目的：在逆变器输出端的DC分量较少，且该RDSON可以用于电流检测来控制异常状况(主要在低压逆变器中);对于相同的RDSON，低RSP可以减少晶圆尺寸，从而降低成本。

　　当晶圆尺寸减小时，可以使用非箝位感应开关(UIS)。应该采用良好的UIS来设计MOSFET单元结构，且不能有太多的让步。通常，对于相同的晶圆尺寸，相比平面MOSFET，现代沟槽MOSFET具有良好的UIS.薄晶圆减小了热阻(RthJC)，在这种情况下，较低的品质因数(FOM)可以表示为RSP×RthJC/UIS.3.良好的安全工作区(SOA)和较低的跨导。

　　会有少量栅漏电容(CGD)(米勒电荷)，但CGD/CGS比必须低。适度高的CGD可以帮助减少EMI.极低的CGD增加了dv/dt，并因此增加了EMI.低CGD/CGS比降低了击穿的可能性。这些逆变器不在高频下工作，因而允许栅极ESR有少许增加。因为这些逆变器工作在中等频率上，所以可以允许有稍高的CGD和CGS.

　　即使在该应用中工作频率已较低，但降低COSS有助于减少开关损耗。同时也允许稍微增大COSS.

　　开关期间的COSS和CGD突变会引起栅极振荡和较高过冲，长时间后将有可能损坏栅极。这种情况下，高源漏dv/dt会成为问题。

　　高栅极阈值电压(VTH)可以实现更好的抗噪性和更好的MOSFET并联。VTH应该超过3V.

　　体二极管恢复：需要具有低反向恢复电荷(QRR)和低反向恢复时间(tRR)的更软、更快的体二级管。同时，软度因子S(Tb/Ta)应大于1.这将减小体二极管恢复dv/dt及逆变器直通的可能性。活跃的体二极管会引起击穿和高压尖峰问题。

　　在某些情况下，需要高(IDM)脉冲漏极电流能力来提供高(ISC)短路电流抗扰度、高输出滤波器充电电流和高电机起动电流。

　　通过控制MOSFET的开通和关断、dv/dt和di/dt，可控制EMI.

　　通过在晶圆上使用更多的丝焊来减少共源电感。

　　在快速体二极管MOSFET中，体二极管的电荷生命周期缩短，因而使得tRR和QRR减小，这导致带体二极管的MOSFET与外延二极管相似。该特性使得该MOSFET成为针对各种不同应用的高频逆变器(包括太阳能逆变器)的极佳选择。至于逆变器桥臂，二极管由于无功电流而被迫正向导通，这使得它的特性更为重要。常规MOSFET体二极管通常具有长反向恢复时间和高QRR.如果在负载电流从二极管向逆变器桥臂的互补MOSFET转换的过程中，体二极管被迫正向导通了，那么在tRR的整个时间段，电源将被抽走很大的电流。这增加了MOSFET中的功率耗散，且降低了效率。而效率是非常重要的，尤其是对于太阳能逆变器而言。

　　活跃体二极管还会引入瞬时直通状况，例如，当其在高dv/dt下恢复，米勒电容中的位移电流能够对栅极充电到VTH以上，同时互补MOSFET会试图导通。这可能引起总线电压的瞬时短路，增加功率耗散并导致MOSFET失效。为避免此现象，可连接外部的SiC或常规硅二极管与MOSFET反向并联。因为MOSFET体二极管的正向电压较低，肖特基二极管必须与MOSFET串联连接。另外，还必须在MOSFET与肖特基二极管组合的两端跨接反并联SiC.当MOSFET反偏时，外部SiC二极管导通，并且串接的肖特基二极管不允许MOSFET体二极管导通。这种方案在太阳能逆变器中已经变得非常普及，可以提高效率，但却增加了成本。

　　飞兆半导体采用FRFET的UniFET II MOSFET器件是一种高压MOSFET技术功率器件，适合以上所列应用。与UniFET MOSFET相比，由于RSP减小，UniFET II器件的晶圆尺寸也减小，这有助于改进体二极管恢复特性。这种器件目前有两个版本：具有较好体二极管的F型FRFET器件，和具有市场上最低QRR和tRR的U型Ultra FRFET MOSFET.Ultra FRFET型可以省去逆变器桥臂中的SiC和肖特基二极管，同时达到相同的效率并降低成本。在这种情况下，QRR已经从3100nC减少到260nC，并且二极管开关损耗也显著降低。

　　导通传播延迟、电流和电压振铃被减小，串联肖特基二极管的传导损耗也被消除。相比UniFET MOSFET，UniFET II器件还具有较低的COSS，因而开关损耗被减小。

　　电池供电离线UPS逆变器

在中压应用

中，飞兆半导体的PowerTrench MOSFET技术是针对此类逆变器的不错的解决方案。

　　相比于相同MOSFET，其开通损耗也降低了约20%，如图5所示。该体二极管具有较低的tRR和QRR.根据表1，低QGD/QGS比提高了逆变器的可靠性。这种MOSFET技术支持离线UPS逆变器。

　　开关电源市场

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