計較MOSFEHU高壓400VT非線性電容

　　最初為高壓器件開拓的超等結MOSFET， 0.33uf 50v，電荷均衡此刻正向低壓器件擴展。固然這極大地低落了RDS(ON) 和結電容，但電荷均衡使后者非線性進一步加大。MOSFET有效儲存電荷和能量淘汰，并且顯著淘汰，但計較或較量差異MOSFET參數以得到最佳機能變得越發巨大。

　　MOSFET三個相關電容不能作為VDS的函數直接丈量，個中有的需要在這個進程中短接或懸空。數據手冊最終丈量給出的三個值界說如下：

　　CiSS = CGS + CGD COSS = CDS + CDG CRSS = CGD

　　三者中，輸入電容CGS非線性最小。它是柵極和源極間的電容，不會隨VDS的巨細產生很大變革。另一方面，CGD非線性最大，超等結器件前100V內的變革險些到達三個數量級。當CiSS為VDS = 0時，也可以看到輕微變革。

圖 1. 平面與超等結MOSFET電容比擬

　　最近，相識COSS的性質及其對高頻開關器件的影響引起存眷。COSS儲存的電荷和損耗成為設置高頻AC-DC轉換器的最大挑戰。電容損耗與施加電壓的平方成正比。參考文獻 [1] 指出，同一電容額定電壓550 V與12 V對比，儲存的能量及損耗大出2100倍。重點低落RDS(ON)， 貼片鋁電解電容廠家，導通損耗顯著下降，但COSS下降不成正比。譬喻，早期TO-220封裝600 V MOSFET最低RDS(ON)為340m 。此刻，超等結600 V器件的這一數值下降到65 m 。對付電容來說，比擬差異技能RDS(ON)值相似器件更為重要。圖1為平面器件SiHP17N60D與RDSON相似但略低的超等結MOSFET器件SiHP15N60E的電容比擬。請留意，圖中的值按對數坐標顯示。

　　[2] - [9]通過幾種方法表明COSS非線性的性質，并重新的角度闡明對高頻開關的影響。文獻引入“小信號”和“大信號”電容一詞舉辦模仿和闡明。除了技能上禁絕確之外，這個新術語與行業類型沒有任何區別。所謂大信號電容不外是MOSFET行業多年來劃定的時間值COTR [2] 。

　　另一項闡明提出用COSS隱性串聯電阻，稱為ROSS，來暗示非線性電容所有原因不明的損耗[3]。這與明晰電容充放電損耗完全由儲存能量來界說，與任何串聯電阻值無關的根基電路理論相抵牾。在最近同行評審集會會議出書物[4]和[5]中，有人提出COSS儲存的電荷和能量存在滯后現象，而且大概因電壓回收的路徑而有所差異。這種滯后意味著電荷守恒道理不合用功率MOSFET。

　　與其挑戰物理學根基定律，不如從頭查抄并驗證是否在詳細情況下正確應用這種道理更有意義。觀測令人更感樂趣的是解答以下問題-

　　假如兩個電容并聯，充電到達溝通電壓并儲存完全溝通的電荷，是否一定儲存溝通能量?

　　操作眾所周知公式Q = CV和E = ? CV2，謎底應該是必定的。遺憾的是，這個儲存電荷和能量常用公式并非普遍合用，只在恒定電容的特定環境下才創立。更根基的干系將電容界說為電荷相對付電壓的變革率，電壓自己是單元電荷能量變革的丈量值。換句話說，根基干系是

　　C = dQ/dV 和V = dE/dQ

　　這種電荷和能量的簡樸方程式假定電容恒定。對付非線性電容，必需別離操作隨電壓累積的電容和電荷求出電荷和能量。為了進一步說明，請思量圖2中的兩個電容。電容CREF成立基準。另一電容CV從1.5 x CREF到0.5 x CREF呈線性變革。在100V處，它們具有溝通電荷。這一點從兩個電容的C x V部門可以很清楚地看出來，而且獲得隨電壓累積電容值的證實。而儲存的能量完全差異。假如儲存的電荷隨電壓累積，則100V處CREF僅具有83.3%的儲存能量。同時可以看出75V處CV儲存電荷高10%，而能量與CREF溝通。

　　圖2. 恒定與可變電容比擬

　　MOSFET制造商多年來一直回收這些累積，但不是將其指定為電荷和能量，而是將它們轉換為兩種差異的等效電容。

　　COTR – 充電到80 % VDSS時，儲存電荷與COSS溝通的牢靠電容

　　COER – 充電到80 % VDSS時，儲存能量與COSS溝通的牢靠電容

　　[2]從履歷角度說明，80%額定電壓的“有效”COSS與時間等效電容溝通。請留意，COTR和COER自己是電壓的函數;任何累積非線性函數發生另一個非線性函數。因此，數據手冊將其界說為某種特定電壓時的變革，如80%額定VDS或400 V。事實上，同一COSS存在兩個差異“等效”值，一個暗示儲存電荷，另一個暗示儲存能量，這或多或少解答了這個問題。

　　COTR和COER不只差異，并且其差別水平還可以用作非線性丈量值。在我們的例子中，1.5:0.5電容范疇內COTR與COER之間相差16.7%。同樣，SiHP15N60E的COTR / COER 比靠近3.6。其他超等結器件，電容范疇可加寬到100:1以上，COTR / COER比可高于10。圖3a顯示SiHP15N60E儲存電荷和能量之間的差。作為電壓函數，這兩個相關參數的變革率明明差異。在所有橋路設置中，尤其是ZVS模式下事情的橋路設置，需要思量超大COTR以及所具有的儲存總電荷。MOSFET輸出電容放電與斷電截然差異，應該基于COTR而不是COER設計計較。雖然，COER和能量計較仍然需要計較開關損耗 [1]。