超级结MOSFET与4引脚TO-247-4L封装的组合

MOTOACE

来自MOSFET原厂的数据显示，MOSFET芯片采用4引脚TO-247-4L封装，能实现更快的开关速度，这已经被英飞凌、东芝、ROHM等公司验证和用于其SuperJunction MOSFET产品中。
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6 m* g9 `* S5 e9 ~* ?在MOSFET的发展中，超级结技术（Superjunction technique）是专为配备600V以上击穿电压的高压功率半导体器件开发的，并成功用于改善导通电阻<RDS(on)>与击穿电压之间的矛盾。

TO-247-4L封装的超级结MOSFET
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实践发现，采用超级结技术有助于降低导通电阻<RDS(on)>，并提高MOS管开关速度，基于该技术的功率MOSFET已成为高压开关转换器领域的业界规范。但是当MOS管的开关速度加快后，一个新的问题出现了，那就是器件封装中的源级连接电感开始对开关速度产生不利的影响，而TO-247-4L封装是解决这一问题的理想解决方案之一。
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8 {  S6 G  S7 C0 o$ Y超级结MOSFET出现之前，高压器件主要采用平面技术。超级结技术成功案例是功率MOSFET。超级结提供更低的RDS(on)，具有更少的栅极和和输出电荷，能在任意给定频率下保持更高的效率。

2 n' d, t+ ^) ?1 y+ s然而，高压快速开关应用中，超级结会面临来自AC/DC电源和逆变器方面的挑战。在从平面向超级结MOSFET过渡中，设计工程师需要在尖峰电压、电磁干扰（EMI）及噪声方面折中，考虑牺牲开关速度这个难题，这是超级结的技术原理决定的，因为MOS管额定电压取决于垂直方向的漂移区的宽度和掺杂参数。为了提高电压等级，通常增加漂移区的宽度同时降低掺杂的浓度。但是这样会明显地增加MOS管的导通电阻。对于工作电压高于600V的MOS管，漂移区的电阻可占总电阻的95%，甚至更高。

& }5 ]6 I/ a' w1 K& P/ O* P' ]# Y超级结MOS管的内部结构能够引导电流流过一个比正常掺杂浓度更高的N区，等效电阻随之降低。阻断之前所形成的高浓度载流子被P区产生反电荷载流子所代替。在PN区形成耗尽层，可以用来阻断一定的电压。值得注意的是，P区的载流子对传输电流没有贡献，只是通过补偿高掺杂N区载流子来改善阻断电压。

在技术上，超级结MOS管由于其工作原理也被称为载流子补偿MOS管，可以做到不小于900V的耐压，但是在工程上存在一个难以解决的问题：如何完全平衡P区和N区的载流子。如果P区的载流子无法完全补偿N区的载流子，就无法保证理想的阻断能力。随着阻断电压的上升，这个平衡就越难实现。
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超级结MOS管也称载流子补偿MOS管

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如上所述，在DTMOS管芯片提高开关速度和电流能力后，封装源极导线电感开始对其开关性能产生不利影响。在以往的3针TO-247封装中，栅源电压（VGS）应用于MOSFET芯片后，产生反电势（VLS = LS*dID/dt），这是源极导线电感（LSource）和漏极电流斜率（dID/dt）的作用。因反电势电压引起电压下降，实际作用于MOSFET芯片后，降低了开关速度，尤其是开通速度。

TO-247封装和TO-247-4L封装外形尺寸比较
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如果采用TO-247-4L封装，栅极驱动源极端子将电源线电流与栅极驱动电流相隔离，有利于减少栅源电压电感的影响。为了减少对驱动电压的影响，源极端子MOSFET芯片附近位置外合，与负载端源极导线相分离。针对栅极驱动源极端子，TO-247-4L封装使用开尔文连接，减少内部源极连接电感，使MOSFET芯片实现高开关速度，有助于进一步改善高效率中型至大型开关电源的效率。
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; l" `. A) J3 {4 o* {仿真技术分析也显示，TO-247-4L封装有助于提高MOSFET芯片的开关性能，降低内部源级连接电感的影响，超级结MOS管与4引脚TO-247-4L封装组合是高速应用的理想之选。
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