MOSFET本征体漏二极管和肖特基二极管特性

按名责实

肖特基二极管

　　在同步整流和电桥结构中，RDSon和Qg两个参数并不是对功率MOSFET的唯一要求，实际上，本征体漏二极管的动态特性对MOSFET整体性能影响很大。体漏二极管的正向压降(VF,diode)影响开关在续流期间(开关处于关断状态，电流从源极经本征二极管流至漏极)的功率损耗;反向恢复电荷(Qrr)不仅影响开关在反向恢复过程的损耗，还影响开关性能。

　　MOSFET的尖峰电压随着Qrr升高而升高，因此，VFD和Qrr较低的二极管，例如肖特基二极管，有助于提高开关的总体性能，在电桥拓扑或用作同步整流器应用中，当开关频率很高且二极管长时间导通时，提升性能的效果特别明显。本文将在开关电源和电机控制环境中评估内置肖特基二极管的新60V MOSFET的性能，并对比标准器件，重点论述新60V MOSFET的优势。

　　MOSFET本征体漏二极管和肖特基二极管特性

　　图1所示是一个N沟道功率MOSFET的典型符号。本征体漏二极管由p-body和n-drift两个区组成，如图1所示，体漏二极管与MOSFET的导电沟道并联。

　　一旦选择了功率MOSFET，因为硅特性和产品设计的原因，其内部集成的本体二极管的特性也就固定下来。本征体漏二极管与器件信道并联，所以，分析该本征体漏二极管的动静态特性，特别是在二极管导通条件下，具有重要意义。因此，在反向和正向偏压过程中，需要考虑阻断电压和正向电流的最大值，同时，研究在功率开关导通后关断期间的二极管反向恢复过程也很重要(图2)。

　　当二极管正向偏压变成反向偏压时，电流不会立即降至零值，因为消除通态期间储存的电荷需要时间。因此，当t=t0时，二极管开始换向操作，电流开始下降，下降斜率(-a)恒定，外部电感和电源电压是决定斜率的唯一因素。在t1之前，二极管被施加正向偏压，从t1到t2，二极管压降上升，达到电源电压;在t=t2时，反向电流达到最大值。间隔(t3-t0)被称为反向恢复时间(trr)，而负电流与零线之间的区域是反向恢复电荷(Qrr)。tB期间的电流斜率主要与产品设计和硅特性有关。

　　软度因子是软度与快速恢复分类标准，这个参数在很多应用领域都十分重要。软度因子越大，反向恢复软度越高。实际上，如果tB区非常短，电流快速变化与电路本征电感就会产生不想看到的电压过冲和振铃效应。尖峰电压可能会高于功率开关管的击穿电压，此外，EMI性能也会恶化。如图2所示，在二极管反向恢复期间，大电流和高反向电压会同时产生耗散功率，致使系统性能降低。

　　此外，在电桥拓扑中，下桥臂开关的最大反向恢复电流加到上桥臂开关电流中，致使耗散功率上升至最大额定值。在本体二极管充当续流器件的电桥拓扑、降压转换器或同步整流等开关应用中，反向恢复电荷(Qrr)减少有助于系统性能最大化，抑制尖 峰电压，降低关断时的开关噪声。在MOSFET结构内集成一个肖特基二极管是一个效果不错的解决方案。集成肖特基二极管的方法是在金属薄膜层与半导体区之间制作一个电触点，电流主要是与多数载流子有关，因为储存电荷少，肖特基二极管正反偏压切换比其他硅二极管快。此外，肖特基正向压降(≈0.3V)比标准硅二极管低，这意味着肖特基的通态功率损耗小。

　　当只有优化Qrr和VF,diode才能提高系统总体性能时，集成肖特基二极管的新60V MOSFET是一个正确选择。图3列出了标准MOSFET和集成肖特基的功率开关的主要电参数(两款产品的BVDSS和芯片尺寸相同)。