超級(jí)結(jié) MOSFET以其高開關(guān)速度和低開關(guān)損耗而著稱，但如果印刷電路板 (PCB) 設(shè)計(jì)不好，則它們會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響，如增加電磁干擾（EMI）、柵極振蕩和高峰漏源電壓。 飛兆半導(dǎo)體設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的超級(jí)結(jié) MOSFET 結(jié)構(gòu)，即SuperFET® II MOSFET，它可讓設(shè)計(jì)人員降低電磁干擾（EMI），運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)具有卓越的抗噪性能。
使用內(nèi)部柵極電阻（Rg），減少柵極振蕩
SuperFET II 器件結(jié)構(gòu)值得關(guān)注的首要特點(diǎn)之一就是，它包含內(nèi)部柵極電阻（Rg）。 內(nèi)部柵極電阻（Rg）放置在柵極焊盤中，是真正的柵極，而非等效串聯(lián)電阻。 它采用了優(yōu)化的柵極電荷值，并在大電流條件下，控制 dv/dt和 di/dt 的開關(guān)。 由于柵極源兩端的電壓降將被外部和內(nèi)部柵極電阻（Rg）分壓，因此內(nèi)部柵極電阻（Rg）會(huì)使柵極振蕩大幅減少。
通過使用內(nèi)部柵極電阻（Rg）， 可以使用更小的外部柵極電阻（Rg），同時(shí)維持更高負(fù)載下的性能。 圖 1 顯示了功率因數(shù)校正 (PFC) 電路中關(guān)斷瞬態(tài)下的 dv/ dt。 該電路中，VIN 為 100V 交流，PO 為 400W，柵極電阻（Rg）僅為 3.3mΩ。 SuperFET II 器件的 dv/dt 在滿載時(shí)為 36 Vns，在 300W 負(fù)載時(shí)保持線性變化，但較小的柵極電阻（Rg）無法控制 300W 以上的超級(jí)結(jié) MOSFET。
圖 1. 功率因數(shù)校正 (PFC) 電路關(guān)斷瞬態(tài)下測(cè)得的 dv/dt
振蕩波形
與功率因數(shù)校正 (PFC) 電路相關(guān)聯(lián)的寄生振蕩可引起超級(jí)結(jié) MOSFET 產(chǎn)生強(qiáng)振蕩波形，如圖 2 所示。
圖 2. 超級(jí)結(jié) MOSFET 產(chǎn)生的振蕩波形
圖 3 顯示了簡(jiǎn)化的功率因數(shù)校正 (PFC) 電路中的內(nèi)部和外部寄生效應(yīng)的來源，這可用于說明寄生振蕩的產(chǎn)生。
電路經(jīng)受內(nèi)部和外部寄生效應(yīng)。 內(nèi)部寄生來自于與功率 MOSFET 相關(guān)聯(lián)的電容（Cgs、 Cgd-int 和 Cds）和電感（Lg1、Ld1 和s1）。 外部寄生由印刷電路板 (PCB) 上的耦合電容（Cgd_ext）和電感（LG、LD 和 LS）組成。
圖 3. 突出顯示內(nèi)部和外部寄生的功率因數(shù)校正 (PFC) 電路
當(dāng) MOSFET 開啟和關(guān)閉時(shí)，寄生柵極振蕩發(fā)生在諧振電路，包括 Cgd_int、Cgd_ext、 Lg1 和 LG上。 在高開關(guān)速度或當(dāng)MOSFET關(guān)閉時(shí)，MOSFET的振蕩漏源電壓通過C gd（因LD而產(chǎn)生），形成帶有柵極電感 Lg1和LG的諧振電路。 由于柵極電阻非常小，振蕩電路 Q( ) 變得很大,當(dāng)諧振條件出現(xiàn)時(shí)，在該點(diǎn)和 Cgd 或 LG 與 Lg1 之間會(huì)產(chǎn)生大的振蕩電壓。
LS 與 Ls1 之間會(huì)出現(xiàn)壓降,這可通過等式 1 來表示，該壓降是由于關(guān)斷瞬態(tài)下的負(fù)漏極電流造成的。
等式 1。
柵極振蕩
圖 4 顯示了在升壓階段功率因數(shù)校正 (PFC) 電路的性能。 黃線為柵極電壓（VGS）。 超級(jí)結(jié) MOSFET 產(chǎn)生超過 45 V 的峰值柵極振蕩，這將導(dǎo)致過壓閂鎖以及無柵極信號(hào)。 使用 SuperFET II 器件，VCC 峰值電壓會(huì)低得多（16V），從而可以防止任何閂鎖問題。
圖 4. 功率因數(shù)校正 (PFC) 電路的初始波形（VIN = 110 VAC，POUT = 300 W, VO = 380 V）
更優(yōu)的電磁干擾 (EMI) 性能
超級(jí)結(jié) MOSFET 的高開關(guān)速度可能會(huì)形成較高的電磁干擾 (EMI) 。 圖 5 顯示了 400W ATX 電源中的輻射電磁干擾 (EMI) 噪音。 SuperFET II MOSFET 具有介于 90 到 160MHz 之間的更低發(fā)射電平（dBµV）, 讀數(shù)極低，為 130MHz。
圖5. ATX電源中的輻射電磁干擾(EMI)
結(jié)論
基于電荷平衡技術(shù)的超級(jí)結(jié) MOSFET 可提供更低的導(dǎo)通電阻和寄生電容，但其使用效果可能不佳，因?yàn)樗鼈儠?huì)給系統(tǒng)帶來不好的負(fù)面影響。 全新的飛兆半導(dǎo)體 SuperFET II MOSFET 技術(shù)使設(shè)計(jì)人員能夠開發(fā)出在大電流條件下柵極振蕩更低、電磁干擾 (EMI) 噪音更小、運(yùn)行更穩(wěn)定的下一代系統(tǒng)。