AloisSteiner，英飞凌科技高压应用工程师

如今，在 开关电源的PFC 级和 DC/DC 级对效力的请求越来越高，尤其是在轻载运行中。为知足这些请求，工程师的理性选择是应用栅极电荷较低的 MOSFET 来削减驱动损耗。低栅极电荷还许可在全部负载范围内实现开关的敏捷切换。然则，该办法也存在一些缺点。因为栅极振荡，工程师必须采取更高的 RG,_ext 以降低开关速度或应用铁氧体磁珠来克制这些振荡。

CoolMOS^TM P6，最新的 600V系列 CoolMOS^TM 器件，专为实现所有这些应用请求而设计，可一次性解决高效、较佳易用性以及 PFC 和 DC/DC 级多功能应用的问题，节俭设计时光和成本。

1.1 应用范畴

全新的 CoolMOS^TM P6 针对典范的 AC/DC SMPS 功率架构的不合应用而设计。

P6 技巧实用于硬开关 PFC 级，也实用于软开关 DC/DC 级。600V P6 的目标应用范畴如下：

表 1：目标应用和拓扑

应用

“易用性”，P6 栅极波形波动

PFC

Boost

LLC

通信

Boost

LLC

计算机电源

Boost

TTF

LLC

花费类产品

Boost

LLC

以下技巧参数是在词攀类应用中 P6 技巧有效性的关键身分。

1. 削减栅极电荷 (Q_g)

图 5   600V P6、E6 与 CP 在绝对效力（上端）和效力差别（下端）方面的比较

CoolMOS^TM P6 最重要的改进点之一是削减了器件的┞筏极电荷 Q_g，大年夜而使得驱动损耗降低，这可带来诸多益处，特别是在轻负载情况下。与CoolMOS^TM E6 比拟，P6 可削减 30% 的┞筏极电荷 Q_g，重要归因于平台电荷的削减。P6 还可实现更快速的开关怀换。

上述随便率性一种办法都须要花费大年夜量的工程设计时光，大年夜而增长设计成本。是以，寻找一种无需花费大年夜量的从新设计时光便能既可进步效力又可简单地植入体系的功率 MOSFET，对工程师而言是项挑衅的工作。第二个特点（即MOFSET可简单地植入体系中） 可称为“易用性”。当然，工程师在达到这一请求的同时还必须尽量削减物料成本，这对工程师来说也是大年夜的挑衅。实现这一目标的一种办法是在 PFC 和 DC/DC 级中选择雷同的 MOSFET。除了高效和“易用性”请求外， DC/DC 级硬换流特点还须要应用靠得住性高的体二极管。

图1

2. 集成栅极电阻 (R_G)

为了均衡快速的开关怀换以实现最高效力，同时又不就义易用性和优胜的┞菲握机能，CoolMOS™ P6 内部集成了一个小的┞筏极电阻，R_G。这个小的集成电阻 Rg 可包管在正常工作电流下实现快速导通和关断，同时在异常情况下会限制 di/dt 和 dv/dt。

 {nextpage}

3. 高栅极阈值电压 (Vth)

对于 LLC、ZVS 等谐振拓扑，开通损耗可以被清除掉落，但关断损耗仍在总损耗中占相昔时夜的比例。高栅极阈值电压 (V_th) 可以提前封闭 MOSFET，大年夜而进步效力。

英飞凌之前的 CP 和 E6 技巧将 V_th的典范值定为 3V。而采取 P6 技巧，V_th 将增长到典范值 4V。对于开关速度，可以看出，P6 的斜率明显高于 E6，而更接近 CP，大年夜而削减开关损耗，进步功率转换效力。

P6 技巧是一项异常高靠得住的技巧，可以遭受 50V/ns以上的 dv/dt，且特点不二生变更。dv/dt 进步后，可以减小外部 R_G ，大年夜而进步效力。

4.  dv/dt 限制值袈漩加至 100V/ns

SJ-MOSFET（超等结MOSFET） 的MOSFET dv/dt 典范限制值为 50V/ns。工程师受该数据表参数的限制，只能经由过程低外部栅极电阻 R_G,ext 强迫进行快速切换，大年夜而实现高效应用。因为 P6 的Q_g 较低，且电容量有所削减，结合12 年的制造经验，P6 技巧将 dv/dt 的限制值大年夜 50V/ns 增长至 100V/ns。

图 1 显示了E6、P6 与 CP 在导通电阻 R_DS(on) 最大年夜值为 190m?                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       典范围内 dv/dt 测量值的比较情况。CP 的 dv/dt 最大年夜值为 50V/ns，斜率较高。与 CP 比拟，P6 技巧使 dv/dt 加倍安稳，且控制程度也获得进步。甚至在最小 RG_,ext 的情况下，P6 的 dv/dt 仍低于50V/ns。

图 2 显示了 IPP60R190P6 在 PFC 中的典范开关波形。该测试电路设备了额外的 7.2pF 的┞筏漏电容，用于模仿PCB寄生电容带来的┞筏极和漏极之间的容性耦合，。设计人员在PCB构造时应非分特别留意，尽量削减该寄生电容，以确保MOSFET 的最高机能。在这一测量中，190m? 的器件采取5? 的外部 R_G。

办事器

开关波形是在 VDS=400V (以绿色表示) 和 VGS=13V (以深红色表示) 下测得的。显示为黄色的电流波形在每次脉冲时都在增长，直至达到饱和状况，该饱和状况表示为峰值电流为 75A 时 VDS 波形有了正向偏置。带有优化 R_G的 P6 显示出较好的开关波形，且没有超出Vgs限值。

图2 开关波形

导通体二极管的硬换流

软开关应用须要对导通的体二极管进行硬换流，并且须要在体二极管的硬换流靠得住性和快速开关之间进行均衡。快速开关器件的所有特点（高 di/dt、低 Q_g、低 R_G）可导致导通的体二极管在硬换流时代产生较高电压峰值。图 3 显示了 10µs 导通时光后体二极管在硬换流下的电压峰值（在正常工作前提下，很难找到体二极管的导通时光跨越 400ns的应用）。

图 3   600V P6、E6、CP 之间的导通体二极管硬换流比较

图 3 显示了因换流中 dIrr/dt 较高而导致的 V_Dsmax 过冲。被测器件与控制开关完全雷同，外部栅极电阻 R_G,ext 的电阻值均为 10?。V_Dsmax 过冲将受到构造中的寄生参数、外部电阻 R_G 以及开关怀换速度的影响。相对于 CP，P6 的换流机能获得改良。

测量结不雅

本节显示实际应用中的测量结不雅，以解释 CoolMOS™ P6 在硬开关和软开关应用中的长处。

在代表通信应用的 1800W CCM PFC 中的效力测量。

本次测量在41m? R_DS(on) 范围内将 600V P6 与C6 和CP 进行了比较。

设置参数：

• V_in= 90VAC
• V_out = 400VDC
• P_out= 0W 至 900W
• 频率 =1 00kHz
• 在R_G,ext = 10? 时，采取即插即竽暌姑的方法，将 600V P6、C6 和CP 器件进行了比较

图 4   全新 600V P6、C6 与CP 在绝对效力（上端）和效力差别（下端）方面的比较

这种即插即竽暌姑的测量办法注解，与 CoolMOS™ C6 和 CoolMOS™ CP 比拟，CoolMOS^TM P6 有很多长处。在 10% 轻负载情况下，与 C6 比拟，P6 的效力晋升了 0.45%；在满负载时则晋升了 1.25%。因 Q_g 削减和 V_th 相对较高，使效力得以进步。

1.2 200W PC Silverbox LLC 级的效力测量

本次测量在 280m? R_DS(on) 范围内将 600V P6与 E6 和CP 进行了比较。

DC/DC

设置参数：

•  200W PC Silverbox LLC级
• V_in= 90VAC
• V_out = 400VDC
• P_out = 0W 至 200W
• 频率 = 65kHz
• 外部栅极开通电阻R_{G,ext, turn,on} = 27?
• 外部栅极关断电阻R_{G,ext, turn,off} = 10?
• 采取即插即竽暌姑的方法，将 600V P6、E6 和 CP 进行比较

在 LLC 测量中，在轻负载情况下与 E6 比拟，P6 效力进步了 0.8%。该效力的进步重要原因是与 E6 比拟，P6的Q_g 削减了 30%。在满负载前提下，P6 和E6 的效力测量结不雅邻近，这是因为两者 R_DS(on) 雷同，而R_DS(on)是满负载前提下决定效力的重要参数。

 600V P6 的应用设计指南

在以下各节中，给出了关于若何故最佳方法应用 CoolMOS^TM P6 以实现最优机能的一些指南。

1.3 最小外部栅极电阻 (R_g,ext)

在设计优胜的电源体系中，我们建议应用极低的外部栅极电阻，导通时电阻最低可认为 5 欧姆，关断时电阻可认为 0 欧姆。因为采取了R_g,int 和极耐用的 CoolMOS^TM P6 设计，是以可以应用这种高效的 R_g。然而，外部 R_g 的选择始终取决于 PCB 寄生参数，寄生参数会因 L_杂散 *di/dt 产生电压旌旗灯号和 C_寄生 *du/dt 产生电流旌旗灯号而在 MOSFET 上产生不欲望的电压或电流尖峰。为防止词攀类尖峰的出现，建议削减 MOSFET 的外围寄生参数或增长其 外部栅极电阻R_g,ext。

1.4 600V P6 的并联

对于 600V P6 的并联，我们平日建议在栅极上应用铁氧体磁珠或每个MOSFET采取零丁的图腾柱驱动电路。

结论

在今朝的 MOSFET 市场上，数量浩瀚的器件展示了不合的易用性和可实现的效力。一些器件经由过程必定程度的效力调和可以供给最简单的可控性与最佳易用性。还有一些器件可供给最高效力，但因为开关速度过快，须要特别精细的体系设计。CoolMOSTM P6 的推出则完全解决了这一问题：经由过程该器件，可以在不影响易用性的情况下知足高效力的需求。英飞凌公司经由过程优良的均衡化技巧使得同时实现器件最佳易用性和最优机能成为可能，

更多信息

关于 600V CoolMOS^TM P6的具体信息，可以登录英飞凌公司的网页 www.infineon.com/p6 萌芽，可查看《2013 年电源治理选择指南》、《600V CoolMOS™ P6 应用解释》等。