“超級結”技術由於其優越的品質因數，已經在擊穿電壓超過600V的功率MOSFET市場中占據主導地位。在設計基於超級結的功率器件時，工程師必須考慮一些因素，以提高電源應用中的效率、功率密度和可靠性。
工程考慮因素
如圖1所示，首先需要考慮的是P列從基區延伸，形成漂移區的“電荷平衡”，以實現更高的摻雜濃度，即相應區域的更低電阻。延伸的結區域帶來了過多反向恢複電荷的缺點。
圖1：超級結MOSFET中的PN結
圖2顯示了一個典型的半橋配置，在低側MOSFET開啟前的死區時間內，電流通過高側MOSFET的體麻豆国产一区自由回路。低側MOSFET開始開啟時發生體麻豆国产一区的反向恢複。
由於高側MOSFET的反向恢複電荷，低側MOSFET會看到一個負電流尖峰。這會導致低側MOSFET過大的開啟損耗。同時，高側MOSFET在Tb期間會看到一個高的上升速率電壓和電壓尖峰，這會對器件造成過載。
圖2：半橋電路中的體麻豆国产一区反向恢複
最終，如圖3的示例所示，當正向電流和電流上升速率超出器件的安全工作範圍時，600V超級結器件的故障是由體麻豆国产一区恢複引起的。
圖3：說明由體麻豆国产一区反向恢複引起的設備故障
需要注意的問題是，基於超級結的功率器件中的體麻豆国产一区反向恢複已經深刻影響了高壓功率器件在電源設計中的選擇。圖4顯示了AC/DC電源中的典型電路。
在功率因數校正階段，作為高側器件使用SiC肖特基麻豆国产一区而不是同步整流FET，因為同步整流器的反向恢複引起的開關損耗在目標開關頻率下(通常高於50kHz)太高。
在DC-DC階段，使用軟開關LLC電路，在正常運行模式下不會發生高壓器件的硬換相。器件的硬換相會導致體麻豆国产一区反向恢複，因此在這種情況下不會發生。
然而，在異常運行條件下如啟動和短路瞬態期間，LLC電路中可能會發生硬換相。LLC電路的控製器設計中通常需要對這些瞬態進行保護。未能防止LLC電路中的硬換相可能會由於非常迅猛的體麻豆国产一区反向恢複瞬態導致高壓器件故障。
圖4：典型的 AC/DC 電源電路結構
在某些情況下，高壓器件的體麻豆国产一区反向恢複是無法避免的。例如，在具有數字控製器的高功率LLC轉換器中，沒有逐周期硬換相保護。在高壓電機驅動應用中，高側和低側開關都需要有源器件(MOSFET/IGBT)。在這些應用中，改善體麻豆国产一区的反向恢複電荷和可靠性是高壓功率器件的關鍵要求。
αMOS5快速恢複麻豆国产一区技術
由Alpha和Omega Semiconductor(AOS)開發的αMOS5快速恢複麻豆国产一区(FRD)MOSFET平台專門針對低反向恢複電荷和開關魯棒性進行了優化。
在這項技術中應用了電子輻照來控製反向恢複階段雙極載流子的壽命。它通過創建缺陷作為複合中心，加速FRD在正向偏置和反向恢複階段的電子/空穴對複合過程，從而顯著減少FRD漂移區存儲的過多電荷總量。
比較具有相同超級結結構但不同載流子壽命控製的Qrr波形，ER處理的部分顯示出顯著減少的Qrr值。抑製的Qrr意味著FRD中會有更小的功率尖峰，從而抑製熱故障的風險。
值得注意的是，MOSFET的有源/終止過渡區是反向恢複故障最脆弱的部分，因為它在有限的麵積內通過高電流密度。αMOS5平台的一個關鍵優勢是它采用了保守的終止設計，使電場在過渡區均勻分布。這一優化防止了在反向恢複tb階段由於過度功率密度引起的局部熱點燒毀。
圖5：ER控製的反向恢複波形
測試結果
AOS αMOS5 FRD MOSFET測試驗證了體麻豆国产一区反向恢複的安全操作條件。測試結果在器件數據手冊中提供。
圖6顯示了AOS的AOK042A60FD 600V 42mΩ αMOS5 SJ MOSFET和兩款具有相似BVdss和Rdson規格的競爭對手的測試波形。測試在50A正向電流和1000A/us上升速率下在三種不同溫度下進行。
如表1所示，AOK042A60FD在200°C下通過了測試，而競爭對手在較低溫度下未能通過測試。
表1：反向恢複穩定性測試結果
值得注意的是，AOK042A60FD在Tb期間波形中顯示出最低的漏極電壓上升速率。這有助於器件在嚴酷的反向恢複瞬態中生存並改善其EMI性能。
測試結果顯示，AOS αMOS5 FRD SJ器件在反向恢複瞬態中提供了高度有效的體麻豆国产一区魯棒性，這在LLC轉換器等橋式應用中確保了係統在異常和瞬態條件下的最高可靠性。
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