TO-247-4L封裝的超級(jí)結(jié)MOSFET

實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，采用超級(jí)結(jié)技術(shù)有助于降低導(dǎo)通電阻<RDS(on)>，并提高M(jìn)OS管開(kāi)關(guān)速度，基于該技術(shù)的功率MOSFET已成為高壓開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域的業(yè)界規(guī)范。但是當(dāng)MOS管的開(kāi)關(guān)速度加快后，一個(gè)新的問(wèn)題出現(xiàn)了，那就是器件封裝中的源級(jí)連接電感開(kāi)始對(duì)開(kāi)關(guān)速度產(chǎn)生不利的影響，而TO-247-4L封裝是解決這一問(wèn)題的理想解決方案之一。

超級(jí)結(jié)技術(shù)

超級(jí)結(jié)MOSFET出現(xiàn)之前，高壓器件主要采用平面技術(shù)。超級(jí)結(jié)技術(shù)成功案例是功率MOSFET。超級(jí)結(jié)提供更低的RDS(on)，具有更少的柵極和和輸出電荷，能在任意給定頻率下保持更高的效率。

然而，高壓快速開(kāi)關(guān)應(yīng)用中，超級(jí)結(jié)會(huì)面臨來(lái)自AC/DC電源和逆變器方面的挑戰(zhàn)。在從平面向超級(jí)結(jié)MOSFET過(guò)渡中，設(shè)計(jì)工程師需要在尖峰電壓、電磁干擾（EMI）及噪聲方面折中，考慮犧牲開(kāi)關(guān)速度這個(gè)難題，這是超級(jí)結(jié)的技術(shù)原理決定的，因?yàn)镸OS管額定電壓取決于垂直方向的漂移區(qū)的寬度和摻雜參數(shù)。為了提高電壓等級(jí)，通常增加漂移區(qū)的寬度同時(shí)降低摻雜的濃度。但是這樣會(huì)明顯地增加MOS管的導(dǎo)通電阻。對(duì)于工作電壓高于600V的MOS管，漂移區(qū)的電阻可占總電阻的95%，甚至更高。

超級(jí)結(jié)MOS管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)能夠引導(dǎo)電流流過(guò)一個(gè)比正常摻雜濃度更高的N區(qū)，等效電阻隨之降低。阻斷之前所形成的高濃度載流子被P區(qū)產(chǎn)生反電荷載流子所代替。在PN區(qū)形成耗盡層，可以用來(lái)阻斷一定的電壓。值得注意的是，P區(qū)的載流子對(duì)傳輸電流沒(méi)有貢獻(xiàn)，只是通過(guò)補(bǔ)償高摻雜N區(qū)載流子來(lái)改善阻斷電壓。

在技術(shù)上，超級(jí)結(jié)MOS管由于其工作原理也被稱為載流子補(bǔ)償MOS管，可以做到不小于900V的耐壓，但是在工程上存在一個(gè)難以解決的問(wèn)題：如何完全平衡P區(qū)和N區(qū)的載流子。如果P區(qū)的載流子無(wú)法完全補(bǔ)償N區(qū)的載流子，就無(wú)法保證理想的阻斷能力。隨著阻斷電壓的上升，這個(gè)平衡就越難實(shí)現(xiàn)。

超級(jí)結(jié)MOS管也稱載流子補(bǔ)償MOS管

TO-247-4L封裝

如上所述，在DTMOS管芯片提高開(kāi)關(guān)速度和電流能力后，封裝源極導(dǎo)線電感開(kāi)始對(duì)其開(kāi)關(guān)性能產(chǎn)生不利影響。在以往的3針TO-247封裝中，柵源電壓（VGS）應(yīng)用于MOSFET芯片后，產(chǎn)生反電勢(shì)（VLS = LS*dID/dt），這是源極導(dǎo)線電感（LSource）和漏極電流斜率（dID/dt）的作用。因反電勢(shì)電壓引起電壓下降，實(shí)際作用于MOSFET芯片后，降低了開(kāi)關(guān)速度，尤其是開(kāi)通速度。

TO-247封裝和TO-247-4L封裝外形尺寸比較

如果采用TO-247-4L封裝，柵極驅(qū)動(dòng)源極端子將電源線電流與柵極驅(qū)動(dòng)電流相隔離，有利于減少柵源電壓電感的影響。為了減少對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓的影響，源極端子MOSFET芯片附近位置外合，與負(fù)載端源極導(dǎo)線相分離。針對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)源極端子，TO-247-4L封裝使用開(kāi)爾文連接，減少內(nèi)部源極連接電感，使MOSFET芯片實(shí)現(xiàn)高開(kāi)關(guān)速度，有助于進(jìn)一步改善高效率中型至大型開(kāi)關(guān)電源的效率。

仿真技術(shù)分析也顯示，TO-247-4L封裝有助于提高M(jìn)OSFET芯片的開(kāi)關(guān)性能，降低內(nèi)部源級(jí)連接電感的影響，超級(jí)結(jié)MOS管與4引腳TO-247-4L封裝組合是高速應(yīng)用的理想之選。
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