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美浦森超结MOS在照明电源中的应用

随着电源威廉希尔官方网站和功率器件以及通信威廉希尔官方网站的发展，目前的照明产品越来越趋向于智能化，小型化。对电源的体积和功率密度的要求也越来越高。因此，越来越多的新型半导体器件也逐渐应用到LED照明产品上，比如超结MOS的应用就越来越普遍，许多LED电源厂商以开始用超结MOS去替代VDMOS，在达到高效率的同时，更节省了电源空间和生产成本。今天我们来讨论一下在照明行业中改如何选择合适的超结MOS。

首先，我们需要了解超结MOS和VDMOS的优缺点，以及在照明产品中我们应该注意MOS的哪些重要参数。

一、超结MOS与VDMOS的结构差异

为了克服传统MOS导通电阻与击穿电压之间的矛盾，一些人在VDMOS基础上提出了一种新型的理想器件结构，称为超结器件或SJ-MOS，他们的结构如图1和图2所示，其由一些列的P型和N型半导体薄层交替排列组成。在截止态时，由于P型和N型层中的耗尽区电场产生相互补偿效应，使P型和N型层的掺杂浓度可以做的很高而不会引起器件击穿电压的下降。导通时，这种高浓度的掺杂可以使其导通电阻显著下降，大约有两个数量级。因为这种特殊的结构，使得SJ-MOS的性能优于传统的VDMOS.

二、超结MOS的优点

1、通态阻抗小，通态损耗小。

由于超结MOS的Rdson远远低于VDMOS，在系统电源类产品中超结MOS的导通损耗必然较之VDMOS要减少的多。其大大提高了系统产品上面的单体MOSFET的导通损耗，提高了系统产品的效率。

2、同等功率规格下封装小，有利于功率密度的提高。

首先，同等电流以及电压规格条件下，超结MOS的晶圆面积要小于VDMOS工艺的晶圆面积，这样作为MOS的厂家，对于同一规格的产品，可以封装出来体积相对较小的产品，有利于电源系统功率密度的提高。

其次，由于超结MOS的导通损耗的降低从而降低了电源类产品的损耗，因为这些损耗都是以热量的形式散发出去，我们在实际中往往会增加散热器体积来降低MOS单体的温升，使其保证在合适的温度范围内。由于超结MOS可以有效的减少发热量，减小了散热器的体积，对于一些功率稍低的电源，甚至使用超结MOS后可以将散热器彻底拿掉。有效的提高了系统电源类产品的功率密度。

3、栅电荷小，对电路的驱动能力要求降低。

传统VDMOS的栅电荷相对较大，我们在实际应用中经常会遇到由于IC的驱动能力不足造成的温升问题，部分产品在电路设计中为了增加IC的驱动能力，确保MOSFET的快速导通，我们不得不增加推挽或其它类型的驱动电路，从而增加了电路的复杂性。超结MOS的栅电容相对比较小，这样就可以降低其对驱动能力的要求，提高了系统产品的可靠性。

4、结电容小，开关速度加快，开关损耗小。

由于超结MOS结构的改变，其输出的结电容也有较大的降低，从而降低了其导通及关断过程中的损耗。

同时由于超结MOS栅电容也有了响应的减小，电容充电时间变短，大大的提高了超结MOS的开关速度。对于频率固定的电源来说，可以有效的降低其开通及关断损耗。提高整个电源系统的效率。

三、超结MOS系统应用可能会出现的问题

1、EMI可能超标。

由于超结MOS拥有较小的寄生电容，造就了超结MOS具有极快的开关特性。因为这种快速开关特性伴有极高的dv/dt和di/dt，会通过器件和印刷电路板中的寄生元件而影响开关性能。对于在现代高频开关电源来说，使用了超结MOS，EMI干扰肯定会变大。

2、栅极震荡。

功率MOSFET的引线电感和寄生电容引起的栅极震荡，由于超结MOSFET具有较高的开关dv/dt。其震荡现象会更加突出。这种震荡在启动状态、过载状况和MOSFET并联工作时，会发生严重问题，导致MOSFET失效的可能。

3、抗浪涌及耐压能力差。

由于超结MOS的结构原因，很多厂商的超结MOS在实际应用推广替代VDMOS的过程中，基本都出现过浪涌及耐压测试不合格的情况。这种情况在通信电源及雷击要求较高的电源产品上，表现的更为突出。这点必须引起我们的注意。

4、漏源极电压尖峰比较大。

在反激的电路拓扑中，由于本身电路的原因，变压器的漏感、散热器接地、以及电源地线的处理等问题，不可避免的要在MOSFET上产生相应的电压尖峰。针对这样的问题，反激电源大多选用RCD SUNBER电路进行吸收。由于超结MOS拥有较快的开关速度，势必会造成更高的VDS尖峰。如果反压设计余量太小及漏感过大，更换超结MOS后，极有可能出现VD尖峰失效问题。

目前我们在100W内的照明市场主要采用的是PSR拓扑结构，如图3：