超級結（Super-Junction）MOSFET器件基于電荷平衡技術，在減少導通電阻和寄生電容兩方面提供了出色的性能，這通常需要折中權衡。有了較小的寄生電容，超級結MOSFET具有極快的開關特性并因此減少了開關損耗。自然地，這種快速開關特性伴有極高的dv/dt和di/dt，會通過器件和印刷電路板中的寄生元件而影響開關性能。特別地，對于在現代高頻SMPS中使用的超級結MOSFET，很難抑制頻率噪聲和EMI輻射，同時實現高開關效率和低開關噪聲。此外，開關噪聲會導致某些意外的系統或器件失效，它們與柵氧化層擊穿、dv/dt衰減和控制信號中的閂鎖效應問題相關，因為在各種異常狀況中，例如啟動狀態、過載狀況和并聯工作，會發生嚴重的柵極振蕩和高開關dv/dt。為實現低開關噪聲，需要使用高值寄生電容或柵電阻。根據最近的系統發展趨勢，改進效率是一個關鍵目標；然而，只為降低開關噪聲而使用慢速開關器件不是最佳解決方案。憑借SuperFET II MOSFET的優化設計，新一代超級結MOSFET SuperFET II器件實現了快速開關和低開關噪聲，在應用中達到了高效率和低EMI。

　　SuperFET II MOSFET技術

　　眾所周知，超級結MOSFET的高開關速度自然有利于減少開關損耗，但它也帶來了負面影響，例如增加了EMI、柵極振蕩、高峰值漏源電壓。在柵極驅動設計中，一個關鍵的控制參數就是外部串聯柵電阻（Rg）。這會抑制峰值漏-源電壓，并防止由功率MOSFET的引線電感和寄生電容引起的柵極振鈴。該器件還在導通和關閉過程期間降低電壓上升速率（dv/dt）和電流上升速率（di/dt）。但Rg也會影響MOSFET的開關損耗。因為器件必須在目標應用上達到最高效率，控制這些損耗是重要的。因此從應用的觀點出發，選擇正確的Rg值是非常重要的。SuperFET II MOSFET使用了集成柵電阻，它不是等效串聯電阻（equivalent series resistor，ESR），只是柵電阻，置于柵極焊盤中，以便減少柵極振蕩和控制大電流條件下的開關dv/dt與di/dt。集成柵電阻數值采用柵電荷來優化。器件的真實柵極中，VGS的柵極振蕩 （Vb）顯著減少了，因為柵-源端的電壓降由內部Rg和外部Rg來分擔。反向傳輸電容Cgd是影響開關期間的電壓上升和下降時間的主要的參數之一。Cgd提供了來自漏電壓的負反饋作用，它必須由通過Rg的柵極驅動電流來放電。振蕩與幾個原因有關，例如高的開關dv/dt和di/dt、寄生Cgd和漏極電流值。SuperFET II MOSFET的柵極電荷已優化，用于改進開關效率和開關噪聲之間的折中權衡。圖1顯示了在關斷瞬態期間，在相同驅動條件下，從100W至400W的PFC電路中，比較快速SJ MOSFET和SuperFET II MOSFET之后，實際MOSFET的dv/dt。關斷dv/dt呈線性上升，對于小的柵電阻（3.3Ω），快速超級結MOSFET顯示了在PFC電路中dv/dt不受控制。相比快速超級結MOSFET，SuperFET II MOSFET減少了關斷dv/dt的增加，但在300W負載條件下仍然呈線性增加。在滿負載條件下，dv/dt可控制在36V/ns，相比快速超級結MOSFET ，dv/dt減少了約30.8%。

　　圖1 在關斷瞬態期間，PFC電路中快速SJ MOSFET和SuperFET II MOSFET的dv/dt測量比較（VIN=100Vac， PO=400W， Rg=3.3Ω）

　　超級結MOSFET的寄生振蕩機制

　　超級結MOSFET的Coss曲線是高度非線性的。當超級結MOSFET作為開關器件用于PFC或DC/DC轉換器時，這些影響將會產生極快的dv/dt和di/dt以及電壓和電流振蕩。圖2顯示了觀察到的PFC電路中的振蕩波形，它們出現在超級結MOSFET關斷瞬態期間。從一般的觀點來看，有幾種振蕩電路會影響MOSFET的開關性能，包括內部和外部振蕩電路。圖3顯示了簡化的PFC電路原理圖，包括內部寄生參數，這是由功率MOSFET本身的寄生電容Cgs、Cgd_int.和Cds 與寄生電感Lg1、Ld1和Ls1，以及外部振蕩電路，由外部耦合電容Cgd_ext.和線路板布局的寄生電感LG、LD和LS帶來。寄生元件更多地涉及到開關特性，因為開關速度變得更快。當MOSFET導通和關斷時，會在諧振電路中產生柵極寄生振蕩，該諧振電路由內部和外部柵-漏電容Cgd_int.和Cgd_ext.以及柵電感Lg1和LG組成。當MOSFET開關速度變快時，尤其在它關斷時，由于寄生電感LD，MOSFET漏-源中的振蕩電壓會經過柵-漏電容Cgd，并形成了包含柵電感Lg1和LG的諧振電路。由于柵電阻極小，振蕩電路Q （）變大，當諧振條件出現時，在那個地方和Cgd或LG、Lg1之間產生了大振蕩電壓，并引起了寄生振蕩。此外，LS和Ls1兩端的電壓降可由公式（1）表示，它由關斷瞬態期間的負漏極電流引起。雜散源極電感LS和Ls1兩端的電壓降在柵-源電壓上產生了振蕩。寄生振蕩會引起嚴重的EMI問題、大的開關損耗、柵-源擊穿、柵極失控，甚至導致MOSFET失效。

　　（1）

　　圖2 使用超級結MOSFET ，PFC電路中的嚴重振蕩波形

　　圖3 PFC電路的簡化原理圖與功率MOSFET的內部和外部寄生現象