關(guān)于Cool MOS的優(yōu)缺點詳細解析-KIA MOS管

Cool MOS的優(yōu)缺點

對于常規(guī)VDMOS器件結(jié)構(gòu)，Rdson 與BV這一對矛盾關(guān)系,要想提高BV ,都是從減小EPI參雜濃度著手，但是外延層又是正向電流流通的通道，EPI 參雜濃度減小了,電阻必然變大，Rdson就大了。

Rdson直接決定著MOS單體的損耗大小。所以對于普通VDMOS ,兩者矛盾不可調(diào)和, 這就是常規(guī)VDMOS 的局限性。但是對于 COOLMOS ,這個矛盾就不那么明顯了。

通過設(shè)置一個深入EPI 的的P區(qū),大大提高了BV ,同時對Rdson上不產(chǎn)生影響。對于常規(guī)VDMOS ,反向耐壓，主要靠的是N型EPI與body區(qū)界面的PN結(jié),對于一個PN結(jié),耐壓時主要靠的是耗盡區(qū)承受,耗盡區(qū)內(nèi)的電場大小、耗盡區(qū)擴展的寬度的面積。

常規(guī)VDSMO , P body濃度要大于N EPI ,大家也應(yīng)該清楚，PN結(jié)耗盡區(qū)主要向低參雜一側(cè)擴散,所以此結(jié)構(gòu)下,P body區(qū)域一側(cè),耗盡區(qū)擴展很小,基本對承壓沒有多大貢獻,承壓主要是P body- -NEPI在N型的一側(cè)區(qū)域,這個區(qū)域的電場強度是逐漸變化的,越是靠近PN結(jié)面， 電場強度E越大。

對于COOLMOS結(jié)構(gòu),由于設(shè)置了相對Pbody濃度低一些的Pregion區(qū)域,所以P區(qū)一側(cè)的耗盡區(qū)會大大擴展，并且這個區(qū)域深入EPI中,造成了PN結(jié)兩側(cè)都能承受大的電壓,換句話說,就是把峰值電場Ec由靠近器件表面,向器件內(nèi)部深入的區(qū)域移動了。

1.通態(tài)阻抗小, 通態(tài)損耗小。

由于SJ-MOS的Rdson遠遠低于VDMOS ,在系統(tǒng)電源類產(chǎn)品中SJ-MOS的導(dǎo)通損耗必然較之VDMOS要減少的多。其大大提高了系統(tǒng)產(chǎn)品上面的單體MOSFET的導(dǎo)通損耗,提高了系統(tǒng)產(chǎn)品的效率，SJ-MOS的這個優(yōu)點在大功率、大電流類的電源產(chǎn)品產(chǎn)品上,優(yōu)勢表現(xiàn)的尤為突出。

2.同等功率規(guī)格 下封裝小,有利于功率密度的提高。

首先,同等電流以及電壓規(guī)格條件下，SJ-MOS的晶源面積要小于VDMOS工藝的晶源面積,這樣作為MOS的廠家,對于同一規(guī)格的產(chǎn)品,可以封裝出來體積相對較小的產(chǎn)品,有利于電源系統(tǒng)功率密度的提高。

其次，由于SJ-MOS的導(dǎo)通損耗的降低從而降低了電源類產(chǎn)品的損耗,因為這些損耗都是以熱量的形式散發(fā)出去,我們在實際中往往會增加散熱器來降低MOS單體的溫升,使其保證在合適的溫度范圍內(nèi)。

由于SJ-MOS可以有效的減少發(fā)熱量,減小了散熱器的體積,對于-些功率稍低的電源,甚至使用SJ-MOS后可以將散熱器徹底拿掉。有效的提高了系統(tǒng)電源類產(chǎn)品的功率密度。

3.柵電荷小 ,對電路的驅(qū)動能力要求降低。

傳統(tǒng)VDMOS的柵電荷相對較大，我們在實際應(yīng)用中經(jīng)常會遇到由于IC的驅(qū)動能力不足造成的溫升問題，部分產(chǎn)品在電路設(shè)計中為了增加IC的驅(qū)動能力,確保MOSFET的快速導(dǎo)通,我們不得不增加推挽或其它類型的驅(qū)動電路,從而增加了電路的復(fù)雜性。SJ-MOS 的柵電容相對比較小,這樣就可以降低其對驅(qū)動能力的要求,提高了系統(tǒng)產(chǎn)品的可靠性。

4.節(jié)電容小 ,開關(guān)速度加快,開關(guān)損耗小。

由于SJ-MOS結(jié)構(gòu)的改變,其輸出的節(jié)電容也有較大的降低，從而降低了其導(dǎo)通及關(guān)斷過程中的損耗。

同時由于SJ-MOS柵電容也有了響應(yīng)的減小,電容充電時間變短,大大的提高了SJ-MOS的開關(guān)速度。對于頻率固定的電源來說,可以有效的降低其開通及關(guān)斷損耗。提高整個電源系統(tǒng)的效率。這一點就其在頻率相對較高的電源上，效果更加明顯。

COOLMOS系統(tǒng)應(yīng)用可能會出現(xiàn)的問題

1.EMI可能超標。

由于SJ-MOS擁有較小的寄生電容,造就了超級結(jié)MOSFET具有極快的開關(guān)特性。因為這種快速開關(guān)特性伴有極高的dv/dt和di/dt ,會通過器件和印刷電路板中的寄生元件而影響開關(guān)性能。

對于在現(xiàn)代高頻開關(guān)電源來說,使用了超級結(jié)MOSFET，EMI干擾肯定會變大,對于本身設(shè)計余量比較小的電源板,在SJ-MOS在替換VDMOS的過程中肯定會出現(xiàn)EMI超標的情況。

2.柵極震蕩。

功率MOSFET的引|線電感和寄生電容引起的柵極振鈴,由于超級結(jié)MOSFET具有較高的開關(guān)dv/dt。其震蕩現(xiàn)象會更加突出。這種震蕩在啟動狀態(tài)、過載狀況和MOSFET并聯(lián)工作時,會發(fā)生嚴重問題，導(dǎo)致MOSFET失效的可能。

3.抗浪涌及耐壓能力差。

由于SJ-MOS的結(jié)構(gòu)原因,很多廠商的SJ-MOS在實際應(yīng)用推廣替代VDMOS的過程中，基本都出現(xiàn)過浪涌及耐壓測試不合格的情況。這種情況在通信電源及雷擊要求較高的電源產(chǎn)品上,表現(xiàn)的更為突出。這點必須引|起我們的注意。漏源極電壓尖峰比較大。

4.漏源極電壓尖峰比較大。

反激電路拓撲,由于本身電路的原因,變壓器的漏感、散熱器接地、以及電源地線的處理等問題,不可避免的要在MOSFET .上產(chǎn)生相應(yīng)的電壓尖峰。

針對這樣的問題，反激電源大多選用RCD SUNBER電路進行吸收。由于SJ-MOS擁有較快的開關(guān)速度，勢必會造成更高的VDS尖峰。如果反壓設(shè)計余量太小及漏感過大,更換SJ-MOS后,極有可能出現(xiàn)VD尖峰失效問題。

5.紋波噪音差。

由于SJ-MOS擁有較高的dv/dt和di/dt , 必然會將MOSFET的尖峰通過變壓器耦合到次級,直接造成輸出的電壓及電流的紋波增加。甚至造成電容的溫升失效問題的產(chǎn)生。

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