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  • 超級結(jié)MOSFET及4引腳TO-247-4L封裝的組合
    • 發(fā)布時間:2020-01-02 15:42:53
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    超級結(jié)MOSFET及4引腳TO-247-4L封裝的組合
    在MOSFET的發(fā)展中,超級結(jié)技術(Superjunction technique)是專為配備600V以上擊穿電壓的高壓功率半導體器件開發(fā)的,并成功用于改善導通電阻<RDS(on)>與擊穿電壓之間的矛盾。
    TO-247-4L封裝的超級結(jié)MOSFET
    TO-247-4L封裝的超級結(jié)MOSFET
    實踐發(fā)現(xiàn),采用超級結(jié)技術有助于降低導通電阻<RDS(on)>,并提高MOS管開關速度,基于該技術的功率MOSFET已成為高壓開關轉(zhuǎn)換器領域的業(yè)界規(guī)范。但是當MOS管的開關速度加快后,一個新的問題出現(xiàn)了,那就是器件封裝中的源級連接電感開始對開關速度產(chǎn)生不利的影響,而TO-247-4L封裝是解決這一問題的理想解決方案之一。
    超級結(jié)技術
    超級結(jié)MOSFET出現(xiàn)之前,高壓器件主要采用平面技術。超級結(jié)技術成功案例是功率MOSFET。超級結(jié)提供更低的RDS(on),具有更少的柵極和和輸出電荷,能在任意給定頻率下保持更高的效率。
    然而,高壓快速開關應用中,超級結(jié)會面臨來自AC/DC電源和逆變器方面的挑戰(zhàn)。在從平面向超級結(jié)MOSFET過渡中,設計工程師需要在尖峰電壓、電磁干擾(EMI)及噪聲方面折中,考慮犧牲開關速度這個難題,這是超級結(jié)的技術原理決定的,因為MOS管額定電壓取決于垂直方向的漂移區(qū)的寬度和摻雜參數(shù)。為了提高電壓等級,通常增加漂移區(qū)的寬度同時降低摻雜的濃度。但是這樣會明顯地增加MOS管的導通電阻。對于工作電壓高于600V的MOS管,漂移區(qū)的電阻可占總電阻的95%,甚至更高。
    超級結(jié)MOS管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠引導電流流過一個比正常摻雜濃度更高的N區(qū),等效電阻隨之降低。阻斷之前所形成的高濃度載流子被P區(qū)產(chǎn)生反電荷載流子所代替。在PN區(qū)形成耗盡層,可以用來阻斷一定的電壓。值得注意的是,P區(qū)的載流子對傳輸電流沒有貢獻,只是通過補償高摻雜N區(qū)載流子來改善阻斷電壓。
    在技術上,超級結(jié)MOS管由于其工作原理也被稱為載流子補償MOS管,可以做到不小于900V的耐壓,但是在工程上存在一個難以解決的問題:如何完全平衡P區(qū)和N區(qū)的載流子。如果P區(qū)的載流子無法完全補償N區(qū)的載流子,就無法保證理想的阻斷能力。隨著阻斷電壓的上升,這個平衡就越難實現(xiàn)。
    超級結(jié)MOS管
    超級結(jié)MOS管也稱載流子補償MOS管
    TO-247-4L封裝
    如上所述,在DTMOS管芯片提高開關速度和電流能力后,封裝源極導線電感開始對其開關性能產(chǎn)生不利影響。在以往的3針TO-247封裝中,柵源電壓(VGS)應用于MOSFET芯片后,產(chǎn)生反電勢(VLS = LS*dID/dt),這是源極導線電感(LSource)和漏極電流斜率(dID/dt)的作用。因反電勢電壓引起電壓下降,實際作用于MOSFET芯片后,降低了開關速度,尤其是開通速度。
    超級結(jié)MOS管
    TO-247封裝和TO-247-4L封裝外形尺寸比較
    如果采用TO-247-4L封裝,柵極驅(qū)動源極端子將電源線電流與柵極驅(qū)動電流相隔離,有利于減少柵源電壓電感的影響。為了減少對驅(qū)動電壓的影響,源極端子MOSFET芯片附近位置外合,與負載端源極導線相分離。針對柵極驅(qū)動源極端子,TO-247-4L封裝使用開爾文連接,減少內(nèi)部源極連接電感,使MOSFET芯片實現(xiàn)高開關速度,有助于進一步改善高效率中型至大型開關電源的效率。
    仿真技術分析也顯示,TO-247-4L封裝有助于提高MOSFET芯片的開關性能,降低內(nèi)部源級連接電感的影響,超級結(jié)MOS管與4引腳TO-247-4L封裝組合是高速應用的理想之選。
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