同時具備MOSFET和IGBT優(yōu)勢的Hybrid MOS

本文介紹ROHM命名為“Hybrid MOS”的、同時具備MOSFET和IGBT兩者優(yōu)勢的MOSFET。產(chǎn)品位于下圖最下方紅色框內(nèi)。

同時具備MOSFET和IGBT優(yōu)異特性的Hybrid MOS GN系列

Hybrid MOS是同時具備超級結(jié)MOSFET（以下簡稱“SJ MOSFET”）的高速開關(guān)和低電流時的低導通電阻、IGBT的高耐壓和大電流時的低導通電阻這些優(yōu)異特性的新結(jié)構(gòu)MOSFET。

下面為IGBT、SJ MOSFET、Hybrid MOS的特征比較圖。

如V-I特性所示，Hybrid MOS在低電流范圍具有與SJ MOSFET基本相同的良好特性。在大電流范圍斜率陡升，可流過更多的電流。這表示該范圍的導通電阻比SJ MOSFET低，雖然不能說是與IGBT同等，但Hybrid MOS大大改善了SJ MOSFET大電流范圍的特性。

5個項目分5個等級進行評估的稍詳細的比較圖。從圖中清晰可知，Hybrid MOS具備全能型特性。

與SJ MOSFET 相比，Hybrid MOS在高溫下的工作得到顯著改善。另外，還能夠在更大電流下工作。這與前面提到的導通電阻的溫度特性密切相關(guān)。

右圖表示Hybrid MOS與SJ MOSFET的導通電阻Ron的詳細溫度特性。SJ MOSFET在高溫時，相對于I_D的V_DS、即Ron顯著增加。所以，當周圍溫度高時不必言說，當I_D增加時可能會產(chǎn)生發(fā)熱增加、芯片溫度上升、Ron增加、故芯片溫度進一步上升的“熱失控”狀態(tài)。而Hybrid MOS即使在高溫狀態(tài)下，Ron及Ron的變動非常小，在Tj＝125℃、ID＝20A條件下的比較中，Ron換算結(jié)果減少達62%。

在與IGBT的比較中，開關(guān)特性與SJ MOSFET同樣優(yōu)異。

Hybrid MOS可高速開關(guān)，而這是IGBT的弱點。只要能提高開關(guān)頻率的速度，即可減少組成電路的電感和電容器的值和尺寸。

另外，沒有損耗要因之一的尾電流。而對于IGBT來說，導通時的尾電流是重要的探討事項。

基于市場需求的開發(fā)背景

近年來，隨著節(jié)能法的修訂，家電產(chǎn)品開始用更接近實際使用狀態(tài)的能效標準APF（Annual Performance Factor）來標示。以空調(diào)為例，要改善APF，其中一個關(guān)鍵要點是提高室溫穩(wěn)定的正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)、即低負載時的效率。因此，低電流范圍效率較高的SJ MOSFET更有利，而在急速制冷時等高負載時，SJ MOSFET效率發(fā)揮不充分時居多，故使用IGBT的例子不在少數(shù)。然而，IGBT在低負載時的效率較差，從APF的角度看，需要尋求在整個范圍效率均高的解決方案。Hybrid MOS就是基于這個背景開發(fā)而成的MOSFET。

下圖是在空調(diào)的PFC電路中評估Hybrid MOS、SJ MOSFET、IGBT效率的例子。

效率曲線表示前面介紹的各晶體管的特征。Hybrid MOS在低負載時實現(xiàn)了遠超IGBT的效率，而且在高負載時保持了與IGBT同等的效率。

這是空調(diào)的例子，這款Hybrid MOS的特征在其他很多設(shè)備中也同樣表現(xiàn)非凡。對比使用現(xiàn)有IGBT的應(yīng)用以及使用SJ MOSFET的應(yīng)用，Hybrid MOS的定位如下所示。下圖表示不同功率和開關(guān)頻率每種晶體管的覆蓋范圍。

如圖所示，Hybrid MOS的紅色框內(nèi)與各晶體管重疊的區(qū)域，可直接用Hybrid MOS替代。另外，紅色框內(nèi)未重疊的區(qū)域，是未來可能擴展的改進空間。基于SJ MOSFET的應(yīng)用，可直接利用基本特性提高功率?；贗GBT的應(yīng)用，作為IGBT可用來提高功率較低的應(yīng)用的效率，以及高速化＝小型化。

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　　審核編輯：湯梓紅