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  體二極管的作用

  MOSFET的體二極管能夠讓感性負載電流在MOSFET處于“關斷”狀態(tài)時繞開MOSFET。因此，它在同步整流(AC-DC和DC-DC)和電機控制(全橋和半橋)等許多應用中都是一個重要特性。在一個MOSFET關斷和第二個MOSFET導通之間的“死區(qū)時間”內(nèi)，體二極管會導通。雖然死區(qū)時間通常很短暫(約80至100納秒)，但與這部分開關周期相關的損耗可能非常大。與體二極管導通階段相關的能量損耗機制主要有兩種。

  因Vf引起的體二極管損耗

  我們來比較因體二極管的正向電壓Vf引起的損耗與理想4 mΩ MOSFET在80 ns內(nèi)產(chǎn)生的損耗。首先，考慮讓20 A標稱負載電流流經(jīng)理想MOSFET，I2R功耗為1.6 W，因此80 ns內(nèi)產(chǎn)生的總能耗為0.128 μJ。

  現(xiàn)在，考慮讓20 A負載電流流經(jīng)Vf為1.2 V的典型體二極管。瞬時功耗為24 W。如果死區(qū)時間為80 ns，則由于體二極管Vf引起的能耗為1.92 μJ。因此，當電流通過體二極管時，損耗比理想狀態(tài)高15倍。但是，將Vf降至1 V后，因體二極管Vf引起的能耗為每個開關周期1.6 μJ，或者說只高出12倍。

  因Qrr引起的體二極管損耗

  同樣，當我們考慮理想的4 mΩ高邊MOSFET(Qrr為0 nC)時，I2R功耗為1.6 W。因此，如果負載電流持續(xù)流動40 ns(Trr典型值)，則能耗為64 nJ。

  然后，考慮Irr為20 A的三角波電流，同樣持續(xù)Trr，則高邊MOSFET因Qrr引起的額外功耗為32 nJ [((202 x 0.004) x 40 x 10-9) / 2]。因此，將Qrr降低50%可以使每個開關周期的能耗減少16 nJ，有助于最大限度地減少高邊MOSFET的I2R損耗。

  削減死區(qū)時間

  為避免電源軌之間出現(xiàn)交叉導通電流(擊穿)，需要通過死區(qū)時間設置來確保兩個MOSFET永遠不會同時導通。通常被設置應為MOSFET振鈴衰減至安全水平提供充足的時間。但是，低Qrr MOSFET的峰值電流更低，尖峰持續(xù)時間更短。因而振鈴/諧振減少，這有利于減少EMI，同時為設計工程師提供了縮短死區(qū)時間的選項，可進一步提高效率。

  LFPAK保持領先

  Nexperia的新型NextPower 80 V/100 V低Qrr MOSFET針對Qrr進行了全面優(yōu)化改進。結合使用LFPAK的銅夾結構，可最大限度減少PCB和器件引線框架中的寄生電感，并通過進一步降低Irr，能夠將客戶應用中的最大尖峰電壓減少約10 V至20 V，使測量的EMI排放降低多達10 dB。與典型競爭對手產(chǎn)品的1.1至1.2 V相比，經(jīng)過改進的Vsd (max)為1 V，可降低因Vf引起的體二極管損耗。