计较MOSFEHU高压400VT非线性电容

　　最初为高压器件开拓的超等结MOSFET， 0.33uf 50v，电荷均衡此刻正向低压器件扩展。固然这极大地低落了RDS(ON) 和结电容，但电荷均衡使后者非线性进一步加大。MOSFET有效储存电荷和能量淘汰，并且显著淘汰，但计较或较量差异MOSFET参数以得到最佳机能变得越发巨大。

　　MOSFET三个相关电容不能作为VDS的函数直接丈量，个中有的需要在这个进程中短接或悬空。数据手册最终丈量给出的三个值界说如下：

　　CiSS = CGS + CGD COSS = CDS + CDG CRSS = CGD

　　三者中，输入电容CGS非线性最小。它是栅极和源极间的电容，不会随VDS的巨细产生很大变革。另一方面，CGD非线性最大，超等结器件前100V内的变革险些到达三个数量级。当CiSS为VDS = 0时，也可以看到轻微变革。

图 1. 平面与超等结MOSFET电容比拟

　　最近，相识COSS的性质及其对高频开关器件的影响引起存眷。COSS储存的电荷和损耗成为设置高频AC-DC转换器的最大挑战。电容损耗与施加电压的平方成正比。参考文献 [1] 指出，同一电容额定电压550 V与12 V对比，储存的能量及损耗大出2100倍。重点低落RDS(ON)， 贴片铝电解电容厂家，导通损耗显著下降，但COSS下降不成正比。譬喻，早期TO-220封装600 V MOSFET最低RDS(ON)为340m 。此刻，超等结600 V器件的这一数值下降到65 m 。对付电容来说，比拟差异技能RDS(ON)值相似器件更为重要。图1为平面器件SiHP17N60D与RDSON相似但略低的超等结MOSFET器件SiHP15N60E的电容比拟。请留意，图中的值按对数坐标显示。

　　[2] - [9]通过几种方法表明COSS非线性的性质，并重新的角度阐明对高频开关的影响。文献引入“小信号”和“大信号”电容一词举办模仿和阐明。除了技能上禁绝确之外，这个新术语与行业类型没有任何区别。所谓大信号电容不外是MOSFET行业多年来划定的时间值COTR [2] 。

　　另一项阐明提出用COSS隐性串联电阻，称为ROSS，来暗示非线性电容所有原因不明的损耗[3]。这与明晰电容充放电损耗完全由储存能量来界说，与任何串联电阻值无关的根基电路理论相抵牾。在最近同行评审集会会议出书物[4]和[5]中，有人提出COSS储存的电荷和能量存在滞后现象，而且大概因电压回收的路径而有所差异。这种滞后意味着电荷守恒道理不合用功率MOSFET。

　　与其挑战物理学根基定律，不如从头查抄并验证是否在详细情况下正确应用这种道理更有意义。观测令人更感乐趣的是解答以下问题-

　　假如两个电容并联，充电到达沟通电压并储存完全沟通的电荷，是否一定储存沟通能量?

　　操作众所周知公式Q = CV和E = ½ CV2，谜底应该是必定的。遗憾的是，这个储存电荷和能量常用公式并非普遍合用，只在恒定电容的特定环境下才创立。更根基的干系将电容界说为电荷相对付电压的变革率，电压自己是单元电荷能量变革的丈量值。换句话说，根基干系是

　　C = dQ/dV 和V = dE/dQ

　　这种电荷和能量的简朴方程式假定电容恒定。对付非线性电容，必需别离操作随电压累积的电容和电荷求出电荷和能量。为了进一步说明，请思量图2中的两个电容。电容CREF成立基准。另一电容CV从1.5 x CREF到0.5 x CREF呈线性变革。在100V处，它们具有沟通电荷。这一点从两个电容的C x V部门可以很清楚地看出来，而且获得随电压累积电容值的证实。而储存的能量完全差异。假如储存的电荷随电压累积，则100V处CREF仅具有83.3%的储存能量。同时可以看出75V处CV储存电荷高10%，而能量与CREF沟通。

　　图2. 恒定与可变电容比拟

　　MOSFET制造商多年来一直回收这些累积，但不是将其指定为电荷和能量，而是将它们转换为两种差异的等效电容。

　　COTR – 充电到80 % VDSS时，储存电荷与COSS沟通的牢靠电容

　　COER – 充电到80 % VDSS时，储存能量与COSS沟通的牢靠电容

　　[2]从履历角度说明，80%额定电压的“有效”COSS与时间等效电容沟通。请留意，COTR和COER自己是电压的函数;任何累积非线性函数发生另一个非线性函数。因此，数据手册将其界说为某种特定电压时的变革，如80%额定VDS或400 V。事实上，同一COSS存在两个差异“等效”值，一个暗示储存电荷，另一个暗示储存能量，这或多或少解答了这个问题。

　　COTR和COER不只差异，并且其差别水平还可以用作非线性丈量值。在我们的例子中，1.5:0.5电容范畴内COTR与COER之间相差16.7%。同样，SiHP15N60E的COTR / COER 比靠近3.6。其他超等结器件，电容范畴可加宽到100:1以上，COTR / COER比可高于10。图3a显示SiHP15N60E储存电荷和能量之间的差。作为电压函数，这两个相关参数的变革率明明差异。在所有桥路设置中，尤其是ZVS模式下事情的桥路设置，需要思量超大COTR以及所具有的储存总电荷。MOSFET输出电容放电与断电截然差异，应该基于COTR而不是COER设计计较。虽然，COER和能量计较仍然需要计较开关损耗 [1]。