特定的導通電阻(RSP)應該較小,來減少導通損耗。器件到器件的RDSON變化應該較小,這有兩個目的:在逆變器輸出端的DC分量較少,且該RDSON可以用于電流檢測來控制異常狀況(主要在低壓逆變器中);對于相同的RDSON,低RSP可以減少晶圓尺寸,從而降。
當晶圓尺寸減小時,可以使用非箝位感應開關(UIS)。應該采用良好的UIS來設計MOSFET單元結構,且不能有太多的讓步。通常,對于相同的晶圓尺寸,相比平面MOSFET,現代溝槽MOSFET具有良好的UIS。薄晶圓減小了熱阻(RthJC),在這種情況下,較低的品質因數(FOM)可以表示為RSP×RthJC/UIS。3.良好的工作區(qū)(SOA)和較低的跨導。
會有少量柵漏電容(CGD)(米勒電荷),但CGD/CGS比須低。適度高的CGD可以幫助減少EMI。低的CGD增加了dv/dt,并因此增加了EMI。低CGD/CGS比降低了擊穿的可能性。這些逆變器不在高頻下工作,因而允許柵R有少許增加。因為這些逆變器工作在中等頻率上,所以可以允許有稍高的CGD和CGS。
即使在該應用中工作頻率已較低,但降低COSS有助于減少開關損耗。同時也允許稍微COSS。
開關期間的COSS和CGD突變會引起柵振蕩和較高過沖,長時間后將有可能損壞柵。這種情況下,高源漏dv/dt會成為問題。
高柵閾值電壓(VTH)可以實現更好的噪性和更好的MOSFET并聯。VTH應該過3V。
體二管恢復:需要具有低反向恢復電荷(QRR)和低反向恢復時間(tRR)的更軟、更快的體二級管。同時,軟度因子S(Tb/Ta)應大于1。這將減小體二管恢復dv/dt及逆變器直通的可能性。活躍的體二管會引起擊穿和高壓問題。
在某些情況下,需要高(IDM)脈沖漏電流能力來提供高(ISC)短路電流擾度、高輸出濾波器充電電流和高電機起動電流。
通過控制MOSFET的開通和關斷、dv/dt和di/dt,可控制EMI。
通過在晶圓上使用更多的絲焊來減少共源電感。
在快速體二管MOSFET中,體二管的電荷生命周期縮短,因而使得tRR和QRR減小,這導致帶體二管的MOSFET與外延二管相似。該特性使得該MOSFET成為針對各種不同應用的高頻逆變器(包括太陽能逆變器)的選擇。至于逆變器橋臂,二管由于無功電流而被迫正向導通,這使得它的特性更為重要。常規(guī)MOSFET體二管通常具有長反向恢復時間和高QRR。如果在負載電流從二管向逆變器橋臂的互補MOSFET轉換的過程中,體二管被迫正向導通了,那么在tRR的整個時間段,電源將被抽走很大的電流。這增加了MOSFET中的功率耗散,且降低了效率。而效率是重要的,尤其是對于太陽能逆變器而言。
活躍體二管還會引入瞬時直通狀況,例如,當其在高dv/dt下恢復,米勒電容中的位移電流能夠對柵充電到VTH以上,同時互補MOSFET會試圖導通。這可能引起總線電壓的瞬時短路,增加功率耗散并導致MOSFET失效。為避免此現象,可連接外部的SiC或常規(guī)硅二管與MOSFET反向并聯。因為MOSFET體二管的正向電壓較低,肖特基二管須與MOSFET串聯連接。另外,還須在MOSFET與肖特基二管組合的兩端跨接反并聯SiC。當MOSFET反偏時,外部SiC二管導通,并且串接的肖特基二管不允許MOSFET體二管導通。這種方案在太陽能逆變器中已經變得普及,可以效率,但卻增加了成本。
飛兆半導體采用FRFET的UniFET II MOSFET器件是一種高壓MOSFET技術功率器件,適合以上所列應用。與UniFET MOSFET相比,由于RSP減小,UniFET II器件的晶圓尺寸也減小,這有助于改進體二管恢復特性。這種器件目前有兩個版本:具有較好體二管的F型FRFET器件,和具有市場上QRR和tRR的U型Ultra FRFET MOSFET。Ultra FRFET型可以省去逆變器橋臂中的SiC和肖特基二管,同時相同的效率并降。在這種情況下,QRR已經從3100nC減少到260nC,并且二管開關損耗也顯著降低。






