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HID灯镇流器中UniFET II MOSFET的性能和效率

归档日期:05-22       文本归类:反向恢复      文章编辑:爱尚语录

  具有显著提高的体二极管特性,另外还介绍了其性能和效率。 根据寿命控制的集中程度,UniFET II MOSFET可分为普通FET、MOSFET,其反向恢复时间分别为传统MOSFET的70%、25%和15%左右。为了验证全新MOSFET的性能和效率,用带混频逆变器的150 W HID灯进行了实验。结果证明,两个UniFET II MOSFET可取代两个传统MOSFE和四个附加FRD,并且无MOSFET故障。

  尽管反向恢复特性差,但在许多开关应用中,功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的体二极管作为一种续流二极管得到广泛使用。 然而,许多应用最近都报告了功率MOSFET故障[1-4]。 高电压功率MOSFET一般分为超级结(SJ) MOSFET和平面MOSFET。 超级结MOSFET的导通电阻(RDS(on))相当低,开关性能非常快,这是因为它拥有电荷平衡结构,且输入栅极电荷(Qg)要比平面MOSFET的低得多[5-7]。 这两个参数的乘积(Qg* RDS(on))作为器件的品质因数(FOM)。 此外,超级结MOSFET的体二极管反向恢复性能要比平面MOSFET [6]的高。 但是,超级结MOSFET需要更为复杂且昂贵的外延工艺,而且其体二极管性能的提升存在局限性,因为多外延层结构导致难以进行深入寿命控制。 而另一方面,制造平面MOSFET只需采用一个外延层即可,从而很容易进行深入寿命控制。 因此,可大幅提升平面MOSFET的体二极管反向恢复性能,以防出现MOSFET故障[8]。

  据报道,在先前的操作[9-12]中,MOSFET故障是由双极结型晶体管(BJT)和nMOS的误导通以及反向恢复模式下体二极管的dv/dt较高所造成的。 这三种类型的MOSFET故障机理可以通过快速体二极管性能得到改善。 在反向恢复模式下,体二极管性能越快,则复位电流越小。 MOSFET故障中位移电流的效应在[9-10]中已进行了充分研究。 通常情况下,MOSFET的反向恢复特性比快速恢复二极管(FRD)要差[8,15-17]。 功率MOSFET的体二极管具有超长反向恢复时间和高反向恢复电荷。

  MOSFET的固有体二极管已在许多应用中被用作关键元件,而且其特性已得到改进。 铂注入[13]和电子辐照[14]等寿命控制可增强MOSFET体二极管的性能。FRFET®MOSFET[8]和Ultra FRFETTM MOSFET[16]均具有快速反向恢复特性Trr和Irr,分别于2008年和2009年开发。 但是,这两个MOSFET都有一定的缺点,比如:高导通电阻和漏源极泄漏电流。 因此,其应用范围仅限于冷阴极荧光灯(CCFL)背光单元(BLU)逆变器之类的应用,在这类应用中,更快的体二极管性能优先于由其高导通电阻特性造成的传导损耗[8,16]。

  最近,在开发UniFETTMII MOSFET(一种高度优化的功率MOSFET)的过程中大大改进了dv/dt强度、体二极管性能和输出电容的存储能量(COSS),同时还将负效应(比如增大的导通电阻)降至最低[17]。 尤其是,UniFET II MOSFET的dv/dt强度和反向恢复性能得到充分提高,而且它们还不会引起器件故障。

  本文介绍UniFET II MOSFET强大的体二极管特性,而且还提供能够证明其用于150 W室内HID灯镇流器中混频全桥逆变器的效率的实验结果。

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