超结功率MOSFET输出电容迟滞效应分析-KIA MOS管

超级结 MOSFET (SJ-MOS)英文名称叫Super Junction MOSFET。为了解决额定电压提高而导通电阻增加的问题，超结结构MOSFET在D端和S端排列多个垂直pn结的结构，其结果是在保持高电压的同时实现了低导通电阻。超级结的存在大大突破了硅的理论极限，而且额定电压越高，导通电阻的下降越明显。

超级结MOSFET超越了平面制造工艺（基于单个p-n结），具有多个垂直p-n结的结构。最终实现了在多条平行路径上“共享”导通电阻，降低了总导通电阻。

与其他晶体管拓扑结构相比，它具有明显的优势，特别是在按面积计算的导通电阻方面。这相应地降低了损耗，意味着它不仅价格更加低廉，还可在无需散热的情况下，用于切换更高电压和电流的应用。

超结功率MOSFET输出电容迟滞效应

高频高功率密度开关电源为了提高效率，通常使用零电压ZVS软开关技术。功率MOSFET开通前，COSS电压VDS为直流母线电压，COSS电容储存能量，通过外加电感L和COSS串联或并联，形成LC谐振电路，COSS放电，VDS谐振下降；当VDS谐振下降到0时，功率MOSFET内部反并联寄生二极管自然导通续流，VDS电压几乎为0，此时，开通功率MOSFET，就可以实现零电压ZVS开通。

功率MOSFET关断时，直流母线电压对COSS电容充电，VDS电压从0开始上升；由于超结功率COSS电容非线性特性，在电压为0时COSS足够大，VDS电压上升速度非常慢，dV/dT上升斜率非常小。

功率MOSFET关断后，ID电流从最大值下降到0过程中，VDS和ID电流的交叠区面积很小，关断损耗非常小，自然形成零电压ZVS关断。

理论上，ZVS软开关过程中，COSS电容充放电，基本上没有损耗。实际应用中却发现，功率MOSFET在ZVS软开关过程中，COSS电容充放电过程存在一定的额外损耗，无法恢复存储在输出电容COSS中的全部能量，这个现象称为超结功率MOSFET输出电容的迟滞（滞洄）效应，其最先由美国Enphase公司工程师发现：

Coss Related Energy Loss in Power MOSFETs Used in Zero Voltage Switched Applications, J. B. Fedison, M. Fornage, M. J. Harrison, D. R. Zimmanck, Enphase Energy Inc., APEC 2014.

超结 MOSFET 电容迟滞