封裝寄生電感是否會(huì )影響MOSFET性能？

　　III.分析升壓轉換器中采用最新推出的TO247 4引腳封裝的MOSFET

　　英飛凌已經(jīng)在CoolMOS系列器件中推出新的封裝概念“4引線(xiàn)封裝”，其中，通孔封裝名為“TO-247 4PIN”。如圖3中的虛線(xiàn)框內所示，最新推出的TO-247 4引腳模型提供了一個(gè)額外的源極連接引腳。在內部連接中，引腳分離始于芯片內部，充當開(kāi)爾文源。電源引腳“S”為電源接地提供了連接。開(kāi)爾文源引腳，源-感側引腳“SS”直接連接至驅動(dòng)器地線(xiàn)，以便將驅動(dòng)電流與電源電流路徑分離。

　　由于源極分離，瞬態(tài)過(guò)程中源極電感對柵極驅動(dòng)電路的影響將被消除。參見(jiàn)圖3，驅動(dòng)環(huán)路顯示為紅色，漏極電流環(huán)路不再相互作用。源電感引起的壓降不再影響柵源電壓Vgs(t)。如第二節中所討論，階段3時(shí)的柵源電壓Vgs(t)為

　　其中，LG等于Lg1+Lg2+Lss.

　　圖3.升壓轉換器中的TO247 4引腳封裝MOSFET等效模型

　　對應的時(shí)間段t3和漏極電流變化速率dId/dt可表示為：

　　從等式(5)和(6)可知，影響MOSFET電流速率的源極引腳電感被消除了。根據等式(2)和(5)，較之TO247封裝MOSFET，這縮短了器件的開(kāi)關(guān)速度，降低了開(kāi)關(guān)損耗。最新推出的TO247 4引腳MOSFET可實(shí)現相對較快的開(kāi)關(guān)動(dòng)作，從而降低開(kāi)關(guān)損耗。

　　IV.實(shí)驗驗證

　　A.實(shí)驗測試波形

　　將升壓PFC轉換器用作測量平臺，進(jìn)行評估。傳統的TO247封裝MOSFET和最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET將被用作平臺主用開(kāi)關(guān)器件，以驗證最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET優(yōu)于傳統的TO247封裝的開(kāi)關(guān)性能和柵極控制能力。

　　圖4所示為傳統的TO247封裝(上)和最新推出的TO247 4引腳封裝(下)的硬開(kāi)關(guān)關(guān)斷波形對比。根據測得波形，從Vds(t)(藍色波形)到Id(t)(黃色波形)的TO247 4引腳封裝MOSFET的穿過(guò)時(shí)間，比最新推出的TO247封裝MOSFET縮短了約40%.Vds與ID的重疊越少，意味著(zhù)開(kāi)關(guān)損耗越低。較之于傳統的TO247封裝，最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET的振蕩幅度Vgs (t)(紫色波形)也降低了30%.因此，最新推出的TO247 4引腳封裝提供了更加可靠的開(kāi)關(guān)控制。

　　圖4. TO247封裝MOSFET(上)和TO247 4引腳封裝MOSFET(下)的MOSFET關(guān)斷瞬態(tài)波形。試驗條件：Ext. Rg=5Ω，12 V柵極驅動(dòng)電壓、試驗器件IPZ65R019C7

　　最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET切換時(shí)間，比傳統的TO247封裝短。得益于開(kāi)關(guān)損耗降低，最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET實(shí)現了更高效率，如圖5所示。在輸入電壓為110 Vac的滿(mǎn)負荷試驗條件下，相比于傳統的TO247封裝的試驗結果，最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET的效率提高了0.2%.在高電壓情況下，即當輸入電壓為220 Vac時(shí)，也實(shí)現了與之一致的效率提升。

　　圖5.在110 Vac輸入電壓條件下，TO247 4引腳封裝MOSFET與TO247封裝MOSFET的PFC效率對比。測試條件：Ext. Rg=5Ω，開(kāi)關(guān)頻率=100 kHz，測試器件：具備相同硅芯片的IPW65R019C7(TO247)和IPZ65R019C7(TO247 4引腳)

　　V.結語(yǔ)

　　本文分析了快速開(kāi)關(guān)MOSFET封裝寄生電感對開(kāi)關(guān)性能的影響。封裝源電感是決定切換時(shí)間的關(guān)鍵參數，后者與開(kāi)關(guān)速度和開(kāi)關(guān)可控性密切相關(guān)。英飛凌最新推出的TO247 4引腳封裝MOSFET能最大限度地減少傳統的TO247封裝寄生電感造成的不利影響，實(shí)現更高系統效率。