利用PowerTrench MOSFET应对更高功率密度的新挑战

在反向恢复电流波形中，从零到峰值反向电流的这段时间被称为ta。tb则定义为从峰值回到零的时间。软度因子定义为tb/ta。一个软器件的软度因子大于1，而当其软度因子小于1时，该器件被认为是"snappy（活跃的）"。从图10可看出，反向恢复期间snappy二极管的峰值电压较大。当所有条件都相同时，snappy二极管的电压尖刺总是比较高，因此会在缓冲电路中造成额外的损耗。轻载条件下，这一点可能比把导通阻抗RDS(on)减小1毫欧还要来得重要。图11所示为谐振频率为400kHz的500W PSFB DC-DC转换器中软器件与snappy器件的工作波形。软器件的峰值电压比snappy器件的小10%，从而可使缓冲电路的功耗降低30%，系统效率提高0.5%。尽管软器件的RDS(on)比snappy器件的要高25%，但在20%负载条件下，二者的效率分别为94.81%与94.29%。满载下两个器件的效率相同。

总结

为同步整流创建更高效的电源开关，低RDS(on)不是唯一的要求。随着轻载效率的重要性增强，栅极驱动损耗和缓冲电路损耗变为十分重要的损耗因素。因此，低QSYNC和软二极管成为获得更高同步整流效率的至关重要的特性。不过，RDS(ON)仍然是应用的关键参数。图12所示为带同步整流的800W PSFB中，在不同负载和不同器件条件下，不同元件的相关功耗。由于在10%负载条件下的驱动损耗和输出电容性损耗更低，3.6毫欧PowerTrench MOSFET的总功耗比3.0毫欧竞争产品减小43%。此外，3.6毫欧PowerTrench MOSFET的功耗主要源于满负载条件下的传导损耗，因此其功耗比4.7毫欧竞争产品的更低。从图12总结的损耗分析可明显看出，由于3.6毫欧PowerTrench MOSFET进行了设计优化，故可以大幅降低满载和轻载条件下的功耗。

飞兆半导体已推出新的PowerTrench功率MOSFET系列。这些器件兼具更小的QSYNCH和软反向恢复固有体二极管性能及快速开关等优势，旨在让整流应用实现更高的效率。由于栅极电荷和输出电容存储能量的减少，开关效率得以提高，驱动和输出电容性损耗得以降低。PowerTrench MOSFET的这些优点可帮助设计人员显著提高系统效率。

图1 二极管整流和同步整流

图2 传统沟槽栅MOSFET

图3 底部有厚氧化层的沟槽MOSFET

图4 增加了屏蔽电极的沟槽MOSFET

图5 同步整流中功率MOSFET的波形

图6 QSYNC的测量

图7 QSYNC的定义

图8 100V栅-源电容/3.6毫欧PowerTrench MOSFET与竞争产品的比较

图9 不同输出负载条件下，损耗比(驱动损耗/传导损耗)的比较

表1：DUT的关键规格比较

图10 不同软度因子的反向恢复波形

图11 500W PSFB DC-DC转换器中功率MOSFET的峰值漏-源电压，软器件（左），snappy器件（右）软体二极管的另一个优点是它能够使用额定击穿电压较低的器件。由于单位面积的导通阻抗与击穿电压成比例，故它还能降低传导损耗。

图12 800W同步整流电路的损耗分析