基于功率MOSFET設(shè)計考量

如今，飛兆半導(dǎo)體公司已將上述屏蔽器件的結(jié)構(gòu)發(fā)展到新的精細(xì)水平。特定阻抗，或者說單位面積阻抗，已較上一代產(chǎn)品大幅降低，同時提高了業(yè)已出色的開關(guān)性能。過去的數(shù)代器件，例如飛兆半導(dǎo)體的領(lǐng)先產(chǎn)品SyncFET，也需要在低側(cè)同步整流器集成一個肖特基二極管，以降低MOSFET體二極管的死區(qū)時間(dead-time)傳導(dǎo)損耗，并控制體二極管反向恢復(fù)時產(chǎn)生的電壓瞬變。為了省去成本相對高昂的肖特基二極管，最新一代的產(chǎn)品采用二極管正向注入，以求最大限度地減小漏極屏蔽容抗，以及降低屏蔽阻抗等專業(yè)技術(shù)，力爭抑制那些不利的電壓瞬變行為，如漏極電壓過沖(over-shoot)。

如圖3a和3b所示，新產(chǎn)品的電壓過沖和振蕩甚至大大低于采用集成肖特基部件的器件。SyncFET漏極電壓振蕩經(jīng)過阻尼抑制，使該類應(yīng)用中常見的EMI噪聲大大減少。該解決方案具有極其安靜的開關(guān)特性，可以完全省去用來消除振蕩的外部緩沖電路。

圖3：飛兆半導(dǎo)體器件的安靜開關(guān)行為(a)與傳統(tǒng)溝道產(chǎn)品開關(guān)行為(b)的比較

由于器件技術(shù)不斷演進(jìn)，新產(chǎn)品也開始百花齊放。這些產(chǎn)品通過降低MOSFET開關(guān)的功耗來提高性能及電壓轉(zhuǎn)換器的最大輸出電流。目前，SyncFET通常使用三個毫歐級部件，使多相轉(zhuǎn)換器的每級輸出電流都達(dá)到30A以上。鑒于過去數(shù)代產(chǎn)品的部件之間存在封裝互連阻抗，而這種互連阻抗與當(dāng)今PowerTrench產(chǎn)品的整體阻抗相接近，相比之下，這是一項卓越的成就。封裝互連阻抗降低了八倍，使過去10年來針對半導(dǎo)體阻抗取得四倍的改進(jìn)，結(jié)果使轉(zhuǎn)換器輸出電流增加了一倍。新產(chǎn)品在未來可達(dá)到的進(jìn)展還包括提高工作頻率，使到濾波電感和電容更小，進(jìn)而減少所用的電路板空間。

包含封裝的控制器和(或)驅(qū)動電路以及功率開關(guān)的多芯片模塊正在打進(jìn)諸如游戲機(jī)和便攜電腦之類的消費(fèi)電子產(chǎn)品市場。這些新型部件的優(yōu)勢包括減少電路板的寄生電感因素、避免了分立元件方案所產(chǎn)生的電壓瞬變，以及從轉(zhuǎn)換器剝奪功率的固有弱點(diǎn)，從而延長電池壽命，降低工作溫度，減低輻射噪聲或EMI，并減小電路板尺寸。

封裝和MOSFET器件技術(shù)的進(jìn)步，大多來自于日益增多的仿真技術(shù)的使用，讓工程師能夠開發(fā)創(chuàng)新的解決方案。本文所述的半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展就依賴于器件的有限元模擬分析和應(yīng)用的模擬分析，從而對半導(dǎo)體 、封裝、柵極驅(qū)動電路和電路板寄生因素間的相互影響有更深入的了解。仿真技術(shù)還能讓人們深入了解器件參數(shù)變化的工藝環(huán)節(jié)，找到最大限度消除這些變化的解決方案。

結(jié)論

要開發(fā)針對高級電源的先進(jìn)功率器件并取得市場佳績，必須考慮和順應(yīng)不斷演進(jìn)的應(yīng)用需求。這需要針對應(yīng)用中的所有元件進(jìn)行大量的優(yōu)化工作，包括功率器件的半導(dǎo)體芯片、封裝、電路板布局，以及轉(zhuǎn)換器的工作頻率。飛兆半導(dǎo)體公司認(rèn)識到這一挑戰(zhàn)，并使用新的設(shè)計原則來開發(fā)功率MOSFET。飛兆半導(dǎo)體在電源設(shè)計方面擁有的專業(yè)優(yōu)勢，使其PowerTrench產(chǎn)品功能在業(yè)界穩(wěn)占領(lǐng)先地位。