超級結 MOSFET以其高開關速度和低開關損耗而著稱，但如果印刷電路板 (PCB) 設計不好，則它們會產生負面影響，如增加電磁干擾（EMI）、柵極振蕩和高峰漏源電壓。 飛兆半導體設計了一種改進的超級結 MOSFET 結構，即SuperFET® II MOSFET，它可讓設計人員降低電磁干擾（EMI），運行穩(wěn)定，同時具有卓越的抗噪性能。

使用內部柵極電阻（Rg），減少柵極振蕩

SuperFET II 器件結構值得關注的首要特點之一就是，它包含內部柵極電阻（Rg）。 內部柵極電阻（Rg）放置在柵極焊盤中，是真正的柵極，而非等效串聯電阻。 它采用了優(yōu)化的柵極電荷值，并在大電流條件下，控制 dv/dt和 di/dt 的開關。 由于柵極源兩端的電壓降將被外部和內部柵極電阻（Rg）分壓，因此內部柵極電阻（Rg）會使柵極振蕩大幅減少。

通過使用內部柵極電阻（Rg）， 可以使用更小的外部柵極電阻（Rg），同時維持更高負載下的性能。 圖 1 顯示了功率因數校正 (PFC) 電路中關斷瞬態(tài)下的 dv/ dt。 該電路中，VIN 為 100V 交流，PO 為 400W，柵極電阻（Rg）僅為 3.3mΩ。 SuperFET II 器件的 dv/dt 在滿載時為 36 Vns，在 300W 負載時保持線性變化，但較小的柵極電阻（Rg）無法控制 300W 以上的超級結 MOSFET。

圖 1. 功率因數校正 (PFC) 電路關斷瞬態(tài)下測得的 dv/dt

振蕩波形

與功率因數校正 (PFC) 電路相關聯的寄生振蕩可引起超級結 MOSFET 產生強振蕩波形，如圖 2 所示。

圖 2. 超級結 MOSFET 產生的振蕩波形

圖 3 顯示了簡化的功率因數校正 (PFC) 電路中的內部和外部寄生效應的來源，這可用于說明寄生振蕩的產生。

電路經受內部和外部寄生效應。 內部寄生來自于與功率 MOSFET 相關聯的電容（Cgs、 Cgd-int 和 Cds）和電感（Lg1、Ld1 和s1）。 外部寄生由印刷電路板 (PCB) 上的耦合電容（Cgd_ext）和電感（LG、LD 和 LS）組成。

圖 3. 突出顯示內部和外部寄生的功率因數校正 (PFC) 電路

當 MOSFET 開啟和關閉時，寄生柵極振蕩發(fā)生在諧振電路，包括 Cgd_int、Cgd_ext、 Lg1 和 LG上。 在高開關速度或當MOSFET關閉時，MOSFET的振蕩漏源電壓通過C gd（因LD而產生），形成帶有柵極電感 Lg1和LG的諧振電路。 由于柵極電阻非常小，振蕩電路 Q( ) 變得很大,當諧振條件出現時，在該點和 Cgd 或 LG 與 Lg1 之間會產生大的振蕩電壓。

LS 與 Ls1 之間會出現壓降,這可通過等式 1 來表示，該壓降是由于關斷瞬態(tài)下的負漏極電流造成的。

等式 1。

柵極振蕩

圖 4 顯示了在升壓階段功率因數校正 (PFC) 電路的性能。 黃線為柵極電壓（VGS）。 超級結 MOSFET 產生超過 45 V 的峰值柵極振蕩，這將導致過壓閂鎖以及無柵極信號。 使用 SuperFET II 器件，VCC 峰值電壓會低得多（16V），從而可以防止任何閂鎖問題。

圖 4. 功率因數校正 (PFC) 電路的初始波形（VIN = 110 VAC，POUT = 300 W, VO = 380 V）

更優(yōu)的電磁干擾 (EMI) 性能

超級結 MOSFET 的高開關速度可能會形成較高的電磁干擾 (EMI) 。 圖 5 顯示了 400W ATX 電源中的輻射電磁干擾 (EMI) 噪音。 SuperFET II MOSFET 具有介于 90 到 160MHz 之間的更低發(fā)射電平（dBµV）, 讀數極低，為 130MHz。

圖5. ATX電源中的輻射電磁干擾(EMI)

結論

基于電荷平衡技術的超級結 MOSFET 可提供更低的導通電阻和寄生電容，但其使用效果可能不佳，因為它們會給系統帶來不好的負面影響。 全新的飛兆半導體 SuperFET II MOSFET 技術使設計人員能夠開發(fā)出在大電流條件下柵極振蕩更低、電磁干擾 (EMI) 噪音更小、運行更穩(wěn)定的下一代系統。