封裝寄生電感是否會影響MOSFET性能？

　　III.分析升壓轉(zhuǎn)換器中采用最新推出的TO247 4引腳封裝的MOSFET

　　英飛凌已經(jīng)在CoolMOS系列器件中推出新的封裝概念“4引線封裝”，其中，通孔封裝名為“TO-247 4PIN”。如圖3中的虛線框內(nèi)所示，最新推出的TO-247 4引腳模型提供了一個額外的源極連接引腳。在內(nèi)部連接中，引腳分離始于芯片內(nèi)部，充當(dāng)開爾文源。電源引腳“S”為電源接地提供了連接。開爾文源引腳，源-感側(cè)引腳“SS”直接連接至驅(qū)動器地線，以便將驅(qū)動電流與電源電流路徑分離。

　　由于源極分離，瞬態(tài)過程中源極電感對柵極驅(qū)動電路的影響將被消除。參見圖3，驅(qū)動環(huán)路顯示為紅色，漏極電流環(huán)路不再相互作用。源電感引起的壓降不再影響柵源電壓Vgs(t)。如第二節(jié)中所討論，階段3時的柵源電壓Vgs(t)為

　　其中，LG等于Lg1+Lg2+Lss.

　　圖3.升壓轉(zhuǎn)換器中的TO247 4引腳封裝MOSFET等效模型

　　對應(yīng)的時間段t3和漏極電流變化速率dId/dt可表示為：

　　從等式(5)和(6)可知，影響MOSFET電流速率的源極引腳電感被消除了。根據(jù)等式(2)和(5)，較之TO247封裝MOSFET，這縮短了器件的開關(guān)速度，降低了開關(guān)損耗。最新推出的TO247 4引腳MOSFET可實(shí)現(xiàn)相對較快的開關(guān)動作，從而降低開關(guān)損耗。

　　IV.實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

　　A.實(shí)驗(yàn)測試波形

　　將升壓PFC轉(zhuǎn)換器用作測量平臺，進(jìn)行評估。傳統(tǒng)的TO247封裝MOSFET和最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET將被用作平臺主用開關(guān)器件，以驗(yàn)證最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET優(yōu)于傳統(tǒng)的TO247封裝的開關(guān)性能和柵極控制能力。

　　圖4所示為傳統(tǒng)的TO247封裝(上)和最新推出的TO247 4引腳封裝(下)的硬開關(guān)關(guān)斷波形對比。根據(jù)測得波形，從Vds(t)(藍(lán)色波形)到Id(t)(黃色波形)的TO247 4引腳封裝MOSFET的穿過時間，比最新推出的TO247封裝MOSFET縮短了約40%.Vds與ID的重疊越少，意味著開關(guān)損耗越低。較之于傳統(tǒng)的TO247封裝，最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET的振蕩幅度Vgs (t)(紫色波形)也降低了30%.因此，最新推出的TO247 4引腳封裝提供了更加可靠的開關(guān)控制。

　　圖4. TO247封裝MOSFET(上)和TO247 4引腳封裝MOSFET(下)的MOSFET關(guān)斷瞬態(tài)波形。試驗(yàn)條件：Ext. Rg=5Ω，12 V柵極驅(qū)動電壓、試驗(yàn)器件IPZ65R019C7

　　最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET切換時間，比傳統(tǒng)的TO247封裝短。得益于開關(guān)損耗降低，最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET實(shí)現(xiàn)了更高效率，如圖5所示。在輸入電壓為110 Vac的滿負(fù)荷試驗(yàn)條件下，相比于傳統(tǒng)的TO247封裝的試驗(yàn)結(jié)果，最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET的效率提高了0.2%.在高電壓情況下，即當(dāng)輸入電壓為220 Vac時，也實(shí)現(xiàn)了與之一致的效率提升。

　　圖5.在110 Vac輸入電壓條件下，TO247 4引腳封裝MOSFET與TO247封裝MOSFET的PFC效率對比。測試條件：Ext. Rg=5Ω，開關(guān)頻率=100 kHz，測試器件：具備相同硅芯片的IPW65R019C7(TO247)和IPZ65R019C7(TO247 4引腳)

　　V.結(jié)語

　　本文分析了快速開關(guān)MOSFET封裝寄生電感對開關(guān)性能的影響。封裝源電感是決定切換時間的關(guān)鍵參數(shù)，后者與開關(guān)速度和開關(guān)可控性密切相關(guān)。英飛凌最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET能最大限度地減少傳統(tǒng)的TO247封裝寄生電感造成的不利影響，實(shí)現(xiàn)更高系統(tǒng)效率。