增强的体二极管特性可优化Qrr和Vsd

Nexperia的80 V和100 V器件进一步改善了RDS(on)并增强了Qrr FOM（品质因数）。NextPower 80 V和NextPower 100 V MOSFET 一系列产品非常适用于各种高性能开关应用。但是，为什么设计工程师应该重视Qrr和Vds？

正如Qrr：在效率之争中被忽视和低估中所述，Qrr可能会对效率和尖峰产生重大影响。但通常您会发现Qrr（和Trr）列在数据表底部。Qrr是指当二极管正向偏置时，在MOSFET的体二极管PN结中累积的电荷量。放电需要时间，可能会产生明显的瞬态电流(Irr)，通常为几十安培，持续几十纳秒，从而导致电路的其他部分出现I2R损耗。此外，它与寄生电感相互作用，导致漏极-源极电压(Vds)产生有问题的电压尖峰。因此，低Qrr MOSFET变得越来越重要。

低Qrr高边导通与Qrr电流

体二极管的作用

MOSFET的体二极管能够让感性负载电流在MOSFET处于“关断”状态时绕开MOSFET。因此，它在同步整流（AC-DC和DC-DC）和电机控制（全桥和半桥）等许多应用中都是一个重要特性。在一个MOSFET关断和第二个MOSFET导通之间的“死区时间”内，体二极管会导通。虽然死区时间通常很短暂（约80至100纳秒），但与这部分开关周期相关的损耗可能非常大。与体二极管导通阶段相关的能量损耗机制主要有两种。

因Vf引起的体二极管损耗

我们来比较因体二极管的正向电压Vf引起的损耗与理想4 mΩ MOSFET在80 ns内产生的损耗。首先，考虑让20 A标称负载电流流经理想MOSFET，I2R功耗为1.6 W，因此80 ns内产生的总能耗为0.128 µJ。

现在，考虑让20 A负载电流流经Vf为1.2 V的典型体二极管。瞬时功耗为24 W。如果死区时间为80 ns，则由于体二极管Vf引起的能耗为1.92 µJ。因此，当电流通过体二极管时，损耗比理想状态高15倍。但是，将Vf降至1 V后，因体二极管Vf引起的能耗为每个开关周期1.6 µJ，或者说只高出12倍。

因Qrr引起的体二极管损耗

同样，当我们考虑理想的4 mΩ高边MOSFET（Qrr为0 nC）时，I2R功耗为1.6 W。因此，如果负载电流持续流动40 ns（Trr典型值），则能耗为64 nJ。

然后，考虑Irr为20 A的三角波电流，同样持续Trr，则高边MOSFET因Qrr引起的额外功耗为32 nJ [((202 x 0.004) x 40 x 10-9) / 2]。因此，将Qrr降低50%可以使每个开关周期的能耗减少16 nJ，有助于最大限度地减少高边MOSFET的I2R损耗。

削减死区时间

为避免电源轨之间出现交叉导通电流（击穿），需要通过死区时间设置来确保两个MOSFET永远不会同时导通。通常被设置应为MOSFET振铃衰减至安全水平提供充足的时间。但是，低Qrr MOSFET的峰值电流更低，尖峰持续时间更短。因而振铃/谐振减少，这有利于减少EMI，同时为设计工程师提供了缩短死区时间的选项，可进一步提高效率。

LFPAK保持领先

Nexperia的新型NextPower 80 V/100 V低Qrr MOSFET针对Qrr进行了全面优化改进。结合使用LFPAK的铜夹结构，可最大限度减少PCB和器件引线框架中的寄生电感，并通过进一步降低Irr，能够将客户应用中的最大尖峰电压减少约10 V至20 V，使测量的EMI排放降低多达10 dB。与典型竞争对手产品的1.1至1.2 V相比，经过改进的Vsd (max)为1 V，可降低因Vf引起的体二极管损耗。