CE系列高壓MOSFET：專為消費類電子和照明而生

　　摘要： 英飛凌CE系列CoolMOS 是英飛凌公司專為消費類電子產品和照明產品推出的高壓功率MOSFET。該系列MOSFET基于英飛凌超級結技術平臺，性能出色；而該系列經過成本優(yōu)化，極佳的性價比保證其在消費和照明這類價格極其敏感的產品市場中依然具有極強的競爭力。本文通過CE系列MOSFET在充電器和LED球泡燈上的應用實例驗證了該系列產品的優(yōu)異性能。

　　前言

　　現代科技的進步使得消費類電子產品層出不窮，智能手機，平板電腦，電子閱讀器，LCD/LED電視，筆記本電腦等產品已經大量普及，可穿戴設備，物聯網，智能家居等新產品，新互聯理念方興未艾。與此同時功率電力電子技術及半導體技術的進步使得新型照明產品-LED燈深入千家萬戶。LED燈具有高效節(jié)能，光轉換效率高，壽命長，綠色環(huán)保，色彩豐富等特點，因此已經逐漸取代鎢絲燈，熒光燈等傳統光源。相應地國內，國際相關組織及協會對于這些電子產品的電源轉換效率，EMI等特性越來越關注，相關標準也越來越嚴格，這對相關的設計者提出了更高的要求。如何設計這類電源轉換裝置確保性能滿足要求同時價格低廉成為設計者最大的挑戰(zhàn)。

　　英飛凌產品解決方案

　　英飛凌科技有限公司（以下簡稱英飛凌）作為全球技術領先的半導體和功率電子綜合解決方案公司，已經意識到以上技術趨勢及對設計者的挑戰(zhàn)。從2011年開始陸續(xù)推出了針對此類應用的 CE系列CoolMOS（英飛凌高壓MOSFET注冊商標）及ICL8001/02G，ICB2FL01/02/03G，BCR，ILD系列LED燈控制IC及照明IC。作為核心的功率控制開關，CE系列CoolMOS以其優(yōu)異的性能和極佳的性價比，迅速獲得業(yè)界的認可。同時通過CE系列CoolMOS與控制IC的完美結合，英飛凌的綜合解決方案也在業(yè)界得到廣泛的應用。

　　圖1為CE系列CoolMOS產品概況，耐壓范圍涵蓋500V，600V，650V及800V，是英飛凌CoolMOS系列中電壓范圍最寬的產品之一。直流導通電阻范圍為0.19歐姆至3歐姆，以滿足不同的功率等級及應用場景需要。CE系列CoolMOS適合的應用領域包括適配器/充電器，計算機及服務器電源，電視電源，LED燈驅動等消費類電子產品及照明產品，而其適用的功率轉換拓撲極多，包括硬開關反激，準諧振反激，PFC電路，雙管正激及LLC等軟開關拓撲，這給電源轉換裝置設計者以極大的便利：可根據設計要求選定不同的電路方案，而功率開關卻只需限定一種即可。

　　圖1 CE系列CoolMOS概況

　　CE系列CoolMOS基于英飛凌超級結（superjunction）技術平臺開發(fā)，而目前市場上多數應用于消費類電子產品和照明產品的功率MOSFET技術為標準MOSFET技術。超級結技術相比標準MOSFET技術，在多個關鍵參數上具有明顯優(yōu)勢。

　　1. RDS（on）（漏源導通電阻）更低，導通損耗更低。 圖2為傳統標準MOS與CoolMOS在不同漏源耐壓等級下漏源導通電阻與芯片面積積（RDS（on）×A）（在相同的芯片面積下等效于漏源導通電阻）對比情況，同時也給出了采用傳統技術的“硅極限”曲線。從圖中可知，采用傳統標準工藝的MOS其漏源導通電阻隨著耐壓的增加而迅速增加，且無法小于理論的“硅極限”，而采用超級結技術的CoolMOS產品不但漏源導通電阻與芯片面積積遠低于傳統標準MOS及“硅極限”，而且基本不隨耐壓等級的上升而上升，因此CoolMOS在相同芯片面積下直流導通電阻更小，而相同直流導通電阻下芯片面積更小，即成本更低。

　　2. 寄生電容（Ciss，Crss，Coss）更低，開關特性更好，損耗更低。圖3顯示了CE系列CoolMOS（IPS65R1K5CE）與漏源導通電阻接近的標準MOSFET在寄生電容上的對比情況，圖中實線為CE系列CoolMOS，虛線為標準MOSFET，從圖中可知CE系列CoolMOS的三個寄生電容Ciss（等效輸入電容），Crss（等效轉移電容/米勒電容）及Coss（等效輸出電容）都小于相應的標準MOSFET的電容。CE系列CoolMOS之所以有更低的寄生電容，同樣是因為采用了超級結技術。由圖2可知，在漏源導通電阻接近的情況下，采用超級結技術MOSFET的芯片尺寸更小，那么相應地寄生電容也更小。更小的Ciss和Coss確保驅動損耗和開關損耗更低；更小的Crss使得MOSFET門極振蕩更小，可靠性更高，EMI特性更好。

　　3. 門極電荷更小，驅動損耗更低，開關速度更快。圖4為CE系列CoolMOS與標準MOSFET門極電荷隨漏源導通電阻變化的對比，由圖可知CE系列CoolMOS在不同漏源導通電阻下的門極電荷都低于標準MOSFET的門極電荷，平均低40%左右。門極電荷更小，意味著相同驅動電壓和頻率下驅動損耗更??；相同驅動電流下MOSFET的開關速度更快；這都確保CE系列CoolMOS的損耗更低，效率更高。

　　4. 輸出電容存儲的能量更低，損耗更低。圖5為CE系列CoolMOS（IPS65R1K5CE）與標準MOSFET輸出電容存儲能量Eoss對比情況。從圖可知在漏源電壓較高（>120V）情況下（對于高壓MOSFET，其漏源電壓不會低于120V，否則選擇高壓MOSFET就沒有任何意義）CE系列CoolMOS輸出電容存儲的能量低于標準MOSFET。由于輸出電容存儲的能量在MOSFET開通后以熱的形式損耗到MOSFET中，因此輸出電容存儲的能量越低，則MOSFET的損耗越低，效率越高。

　　圖2 不同耐壓下RDS（on）與芯片面積積對比

圖3 寄生電容對比

　　圖4 典型門極電荷對比

圖5 輸出電容存儲能量對比

　　從以上參數對比我們可以看出，CE系列CoolMOS相比標準MOSFET在效率，可靠性等方面具有明顯的優(yōu)勢。接下來我們通過在充電器和LED驅動器上的應用實例來驗證CE系列CoolMOS的優(yōu)越性能。

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