一種適于軟硬開關(guān)應(yīng)用的具有堅(jiān)固體二極管的新型650V超結(jié)器件

隨著功率密度不斷提高，半橋(例如HID半橋或LLC)和全橋(例如ZVS全橋)等軟開關(guān)拓?fù)涑蔀槔硐氲慕鉀Q方案。由于改善了功率器件上di/dt和dv/dt的動態(tài)性能，采用這些拓?fù)淇山档拖到y(tǒng)的開關(guān)損耗，提高可靠性。這種情況主要出現(xiàn)在輕載條件下。事實(shí)證明，CoolMOS這樣的超結(jié)器件可以克服這個問題，由于其內(nèi)部優(yōu)化了反向恢復(fù)過程電荷載流子去除功能，并且消除內(nèi)部寄生NPN雙極晶體管的栓鎖問題。通過增強(qiáng)注入載流子的結(jié)合率可大幅降低反向恢復(fù)電荷，而且增強(qiáng)結(jié)合率可降低關(guān)斷過程中的反向恢復(fù)峰值電流，并使反向恢復(fù)電荷大幅降低至約為原來的十分之一。對于優(yōu)化體二極管(圖1)性能在硬開關(guān)條件下應(yīng)用而言，反向恢復(fù)波形的形狀和印刷電路板的設(shè)計(jì)尤其重要。新一代CoolMOS 650V CFD2改進(jìn)了體二極管反向恢復(fù)性能，而且給擊穿電壓留有更大的安全裕量。

圖1 CoolMOS高壓功率MOSFET及其內(nèi)部體二極管的橫截面示意圖。

反向恢復(fù)行為

新一代CoolMOS 650V CFD的反向恢復(fù)特性如圖2所示。與標(biāo)準(zhǔn)器件相比，新一代CoolMOS 650V CFD器件具備極低的反向恢復(fù)電荷Qrr、極短的反向恢復(fù)時間trr和極小的反向恢復(fù)電流最大值Irrm。

圖2是在di/dt=100A/μs、25°C和Vr=400V等條件下測量的反向恢復(fù)波形。相對于標(biāo)準(zhǔn)器件，新一代CFD器件具備極低的Qrr、trr和Irrm。

與此同時，盡管Qrr、trr和Irrm大幅降低，但這種新器件的波形仍然顯示出軟特性。這種特性十分適用于硬換流，旨在避免電壓過沖和確保器件可靠運(yùn)行。

換流耐用性

圖3新一代CoolMOS 650V CFD2器件的反向恢復(fù)波形。即使在測試儀達(dá)到最大功率條件下，這些器件也不會受損。

圖3的反向恢復(fù)測量結(jié)果(在di/dt “ 2000A/μs的條件下)顯示了CoolMOS(tm) 650V CFD2器件的換流耐用性。

在這些條件下，無任何器件受損。相對于其他超結(jié)器件波動劇烈的波形，這些波形仍然顯示出了軟特性。顯而易見，這對于設(shè)計(jì)人員而言是一大優(yōu)勢。設(shè)計(jì)人員可通過優(yōu)化其應(yīng)用，獲得最大性能，同時不必?fù)?dān)心器件在體二極管進(jìn)行硬換流時發(fā)生損毀。

Qrr 和 trr 與溫度關(guān)系

圖4 310mΩ 650V CFD器件的Qrr 和Trr 與溫度關(guān)系。

對于設(shè)計(jì)人員而言，了解Qrr和trr與溫度關(guān)系至關(guān)重要。Qrr和trr值會隨著溫度的升高而增大，這是因?yàn)槠骷械妮d流子在高溫下不斷增加。圖4顯示了310mΩ 650V CFD2器件的Qrr和trr值與溫度的這種關(guān)系。從圖形可看出Qrr和 trr與溫度成線性關(guān)系。

Qrr 和Trr與通態(tài)電阻關(guān)系

另一個需要注意的重要方面是Qrr和trr與器件的通態(tài)電阻關(guān)系，如圖5和圖6所示。圖5和圖6將新一代基于C6技術(shù)的650V CFD2器件與英飛凌前代基于C3技術(shù)的600V CFD進(jìn)行對比。

圖5 Qrr 與通態(tài)電阻關(guān)系，測量條件為25°C 。將80 mΩ、310 mΩ和 660mΩ650V CFD2器件與前代基于C3技術(shù)的600V CFD對比。

顯然，全新的650V CFD2器件相對于前代技術(shù)，在動態(tài)特性(Qrr、trr)和最低通態(tài)電阻之間達(dá)到更好的平衡。