HID燈鎮(zhèn)流器中UniFET II MOSFET的性能和效率
摘要: 先進的單元結構和壽命控制技術已同時增強了功率MOSFET的導通電阻和反向恢復性能。 本文介紹一種新開發(fā)的平面MOSFET—UniFETTM II MOSFET—具有顯著提高的體二極管特性,另外還介紹了其性能和效率。 根據壽命控制的集中程度,UniFET II MOSFET可分為普通FET、FRFET和Ultra FRFET MOSFET,其反向恢復時間分別為傳統(tǒng)MOSFET的70%、25%和15%左右。為了驗證全新MOSFET的性能和效率,用帶混頻逆變器的150 W HID燈鎮(zhèn)流器進行了實驗。結果證明,兩個UniFET II MOSFET可取代兩個傳統(tǒng)MOSFE和四個附加FRD,并且無MOSFET故障。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/142700.htm引言
盡管反向恢復特性差,但在許多開關應用中,功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的體二極管作為一種續(xù)流二極管得到廣泛使用。 然而,許多應用最近都報告了功率MOSFET故障 [1-4]。 高電壓功率MOSFET一般分為超級結(SJ) MOSFET和平面MOSFET。 超級結MOSFET的導通電阻(RDS(on))相當低,開關性能非???,這是因為它擁有電荷平衡結構,且輸入柵極電荷(Qg)要比平面MOSFET的低得多[5-7]。 這兩個參數的乘積(Qg* RDS(on))作為器件的品質因數(FOM)。 此外,超級結MOSFET的體二極管反向恢復性能要比平面MOSFET [6]的高。 但是,超級結MOSFET需要更為復雜且昂貴的外延工藝,而且其體二極管性能的提升存在局限性,因為多外延層結構導致難以進行深入壽命控制。 而另一方面,制造平面MOSFET只需采用一個外延層即可,從而很容易進行深入壽命控制。 因此,可大幅提升平面MOSFET的體二極管反向恢復性能,以防出現MOSFET故障[8]?! ?/p>
據報道,在先前的操作[9-12]中,MOSFET故障是由雙極結型晶體管(BJT)和nMOS的誤導通以及反向恢復模式下體二極管的dv/dt較高所造成的。 這三種類型的MOSFET故障機理可以通過快速體二極管性能得到改善。 在反向恢復模式下,體二極管性能越快,則復位電流越小。 MOSFET故障中位移電流的效應在[9-10]中已進行了充分研究。 通常情況下,MOSFET的反向恢復特性比快速恢復二極管(FRD)要差[8,15-17]。 功率MOSFET的體二極管具有超長反向恢復時間和高反向恢復電荷。
MOSFET的固有體二極管已在許多應用中被用作關鍵元件,而且其特性已得到改進。 鉑注入[13]和電子輻照[14]等壽命控制可增強MOSFET體二極管的性能。 FRFET® MOSFET[8]和Ultra FRFETTM MOSFET [16]均具有快速反向恢復特性Trr和Irr,分別于2008年和2009年開發(fā)。 但是,這兩個MOSFET都有一定的缺點,比如:高導通電阻和漏源極泄漏電流。 因此,其應用范圍僅限于冷陰極熒光燈(CCFL)背光單元(BLU)逆變器之類的應用,在這類應用中,更快的體二極管性能優(yōu)先于由其高導通電阻特性造成的傳導損耗[8,16]?! ?/p>
最近,在開發(fā)UniFETTM II MOSFET(一種高度優(yōu)化的功率MOSFET)的過程中大大改進了dv/dt強度、體二極管性能和輸出電容的存儲能量(COSS),同時還將負效應(比如增大的導通電阻)降至最低[17]。 尤其是,UniFET II MOSFET的dv/dt強度和反向恢復性能得到充分提高,而且它們還不會引起器件故障。
本文介紹UniFET II MOSFET強大的體二極管特性,而且還提供能夠證明其用于150 W室內HID燈鎮(zhèn)流器中混頻全橋逆變器的效率的實驗結果?! ?/p>
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