一种适于软硬开关应用的具有坚固体二极管的新型650V超结器件

随着功率密度不断提高，半桥(例如HID半桥或LLC)和全桥(例如ZVS全桥)等软开关拓扑成为理想的解决方案。由于改善了功率器件上di/dt和dv/dt的动态性能，采用这些拓扑可降低系统的开关损耗，提高可靠性。这种情况主要出现在轻载条件下。事实证明，CoolMOS这样的超结器件可以克服这个问题，由于其内部优化了反向恢复过程电荷载流子去除功能，并且消除内部寄生NPN双极晶体管的栓锁问题。通过增强注入载流子的结合率可大幅降低反向恢复电荷，而且增强结合率可降低关断过程中的反向恢复峰值电流，并使反向恢复电荷大幅降低至约为原来的十分之一。对于优化体二极管(图1)性能在硬开关条件下应用而言，反向恢复波形的形状和印刷电路板的设计尤其重要。新一代CoolMOS 650V CFD2改进了体二极管反向恢复性能，而且给击穿电压留有更大的安全裕量。

图1 CoolMOS高压功率MOSFET及其内部体二极管的横截面示意图。

反向恢复行为

新一代CoolMOS 650V CFD的反向恢复特性如图2所示。与标准器件相比，新一代CoolMOS 650V CFD器件具备极低的反向恢复电荷Qrr、极短的反向恢复时间trr和极小的反向恢复电流最大值Irrm。

图2是在di/dt=100A/μs、25°C和Vr=400V等条件下测量的反向恢复波形。相对于标准器件，新一代CFD器件具备极低的Qrr、trr和Irrm。

与此同时，尽管Qrr、trr和Irrm大幅降低，但这种新器件的波形仍然显示出软特性。这种特性十分适用于硬换流，旨在避免电压过冲和确保器件可靠运行。

换流耐用性

图3新一代CoolMOS 650V CFD2器件的反向恢复波形。即使在测试仪达到最大功率条件下，这些器件也不会受损。

图3的反向恢复测量结果(在di/dt “ 2000A/μs的条件下)显示了CoolMOS(tm) 650V CFD2器件的换流耐用性。

在这些条件下，无任何器件受损。相对于其他超结器件波动剧烈的波形，这些波形仍然显示出了软特性。显而易见，这对于设计人员而言是一大优势。设计人员可通过优化其应用，获得最大性能，同时不必担心器件在体二极管进行硬换流时发生损毁。

Qrr 和 trr 与温度关系

图4 310mΩ 650V CFD器件的Qrr 和Trr 与温度关系。

对于设计人员而言，了解Qrr和trr与温度关系至关重要。Qrr和trr值会随着温度的升高而增大，这是因为器件中的载流子在高温下不断增加。图4显示了310mΩ 650V CFD2器件的Qrr和trr值与温度的这种关系。从图形可看出Qrr和 trr与温度成线性关系。

Qrr 和Trr与通态电阻关系

另一个需要注意的重要方面是Qrr和trr与器件的通态电阻关系，如图5和图6所示。图5和图6将新一代基于C6技术的650V CFD2器件与英飞凌前代基于C3技术的600V CFD进行对比。

图5 Qrr 与通态电阻关系，测量条件为25°C 。将80 mΩ、310 mΩ和 660mΩ650V CFD2器件与前代基于C3技术的600V CFD对比。

显然，全新的650V CFD2器件相对于前代技术，在动态特性(Qrr、trr)和最低通态电阻之间达到更好的平衡。