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  體二極管的作用

  MOSFET的體二極管能夠讓感性負(fù)載電流在MOSFET處于“關(guān)斷”狀態(tài)時(shí)繞開(kāi)MOSFET。因此，它在同步整流(AC-DC和DC-DC)和電機(jī)控制(全橋和半橋)等許多應(yīng)用中都是一個(gè)重要特性。在一個(gè)MOSFET關(guān)斷和第二個(gè)MOSFET導(dǎo)通之間的“死區(qū)時(shí)間”內(nèi)，體二極管會(huì)導(dǎo)通。雖然死區(qū)時(shí)間通常很短暫(約80至100納秒)，但與這部分開(kāi)關(guān)周期相關(guān)的損耗可能非常大。與體二極管導(dǎo)通階段相關(guān)的能量損耗機(jī)制主要有兩種。

  因Vf引起的體二極管損耗

  我們來(lái)比較因體二極管的正向電壓Vf引起的損耗與理想4 mΩ MOSFET在80 ns內(nèi)產(chǎn)生的損耗。首先，考慮讓20 A標(biāo)稱(chēng)負(fù)載電流流經(jīng)理想MOSFET，I2R功耗為1.6 W，因此80 ns內(nèi)產(chǎn)生的總能耗為0.128 μJ。

  現(xiàn)在，考慮讓20 A負(fù)載電流流經(jīng)Vf為1.2 V的典型體二極管。瞬時(shí)功耗為24 W。如果死區(qū)時(shí)間為80 ns，則由于體二極管Vf引起的能耗為1.92 μJ。因此，當(dāng)電流通過(guò)體二極管時(shí)，損耗比理想狀態(tài)高15倍。但是，將Vf降至1 V后，因體二極管Vf引起的能耗為每個(gè)開(kāi)關(guān)周期1.6 μJ，或者說(shuō)只高出12倍。

  因Qrr引起的體二極管損耗

  同樣，當(dāng)我們考慮理想的4 mΩ高邊MOSFET(Qrr為0 nC)時(shí)，I2R功耗為1.6 W。因此，如果負(fù)載電流持續(xù)流動(dòng)40 ns(Trr典型值)，則能耗為64 nJ。

  然后，考慮Irr為20 A的三角波電流，同樣持續(xù)Trr，則高邊MOSFET因Qrr引起的額外功耗為32 nJ [((202 x 0.004) x 40 x 10-9) / 2]。因此，將Qrr降低50%可以使每個(gè)開(kāi)關(guān)周期的能耗減少16 nJ，有助于最大限度地減少高邊MOSFET的I2R損耗。

  削減死區(qū)時(shí)間

  為避免電源軌之間出現(xiàn)交叉導(dǎo)通電流(擊穿)，需要通過(guò)死區(qū)時(shí)間設(shè)置來(lái)確保兩個(gè)MOSFET永遠(yuǎn)不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。通常被設(shè)置應(yīng)為MOSFET振鈴衰減至安全水平提供充足的時(shí)間。但是，低Qrr MOSFET的峰值電流更低，尖峰持續(xù)時(shí)間更短。因而振鈴/諧振減少，這有利于減少EMI，同時(shí)為設(shè)計(jì)工程師提供了縮短死區(qū)時(shí)間的選項(xiàng)，可進(jìn)一步提高效率。

  LFPAK保持領(lǐng)先

  Nexperia的新型NextPower 80 V/100 V低Qrr MOSFET針對(duì)Qrr進(jìn)行了全面優(yōu)化改進(jìn)。結(jié)合使用LFPAK的銅夾結(jié)構(gòu)，可最大限度減少PCB和器件引線框架中的寄生電感，并通過(guò)進(jìn)一步降低Irr，能夠?qū)⒖蛻?hù)應(yīng)用中的最大尖峰電壓減少約10 V至20 V，使測(cè)量的EMI排放降低多達(dá)10 dB。與典型競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手產(chǎn)品的1.1至1.2 V相比，經(jīng)過(guò)改進(jìn)的Vsd (max)為1 V，可降低因Vf引起的體二極管損耗。