MOSFET的体二极管一般具有很长的反向恢复时间和很大的反向恢复电荷。尽管性能较差，但这种体二极管常被用作续流二极管，因为其电路简单，在谐振转换器这样的应用中不会增加系统成本。随着越来越多的应用将固有体二极管用作系统中的关键元件，飞兆半导体在深入分析MOSFET故障机制的条件下，为谐振转换器设计出了一款高度优化的功率MOSFET。这种MOSFET提高了体二极管的耐用性，而且输出电容中存储的能量较少。如表1所示，与替代方案相比，新型UniFET II MOSFET系列器件的反向恢复电荷(Qrr)大幅减少了50%和80%。
表1：待测器件的关键指标比较
MOSFET的电容是非线性的，取决于漏-源极电压，因为MOSFET电容实际上就是结点电容。在软开关应用中，MOSFET输出电容可以用作谐振元件。当MOSFET导通时，为了支持零电压开关，从变压器存储的磁能中提取的电流将发生流动，从而给MOSFET输出电容放电。因此，如果MOSFET输出电容存储的能量较小，达到软开关所要求的谐振能量就较小，不会增加循环能量。与典型开关电源大电容电压下导通电阻相同的竞争性器件相比，UniFET II MOSFET系列器件的输出电容存储的能量要少大约35%。输出电容存储的能量基准如图2所示。
图2：输出电容存储的能量
谐振转换器的好处
二极管从导通状态到反向阻塞状态的开关过程被称为反向恢复。在二极管的前向导通过程中，电荷被存储在二极管的P-N结中。当施加反向电压时，存储的电荷应释放掉以恢复到阻塞状态。存储电荷通过两种现象释放：大反向电流的流动和重新结合。在这个过程中，二极管中将产生很大的反向恢复电流。在使用MOSFET体二极管的情况下，一些反向恢复电流正好在N+源极下流过。图3显示了在体二极管反向恢复期间的MOSFET故障波形。对于竞争产品A来说，故障刚好发生在电流达到dv/dt=6.87V/ns处的峰值反向恢复电流之后。这意味着，这个峰值电流触发了寄生BJT。但UniFET II MOSFET系列器件能够在甚至更高的dv/dt(14.32V/ns)下正常工作。
图3：体二极管反向恢复期间的电压与电流波形
图4显示了UniFET II MOSFET系列器件的强大体二极管如何使处于输出短路状态的转换器可靠性受益。在输出短路后，工作模式从零电压开关切换到了零电流开关。由于具有较小的Qrr，UniFET II MOSFET系列器件的电流尖峰要低得多，而最重要的是，器件没有发生故障。
图4：UniFET II MOSFET系列器件在短路状态下的工作波形
转换器在启动期间还可能发生其它不良行为。图5显示了启动时的开关电流波形。超过27A的大电流尖峰是由于大峰值反向恢复电流引起的，它能触发控制IC的保护功能。相反，UniFET II MOSFET系列器件没有产生高的电流尖峰。
图5：启动时的开关电流波形
为了比较UniFET II MOSFET系列器件和竞争产品的电源转换效率，我们设计了一个150W的半桥LLC谐振转换器。效率测量结果见图6。在整个输入电压范围内，UniFET II MOSFET的系统效率都比竞争者高。获得更高效率的主要原因是由于，更低的Qg和Eoss减少了关断损耗和输出电容损耗。
图6：LLC谐振转换器的效率比较
本文小结
新型功率MOSFET系列器件整合了强大的体二极管性能和快速开关性能，可在谐振转换器应用实现更高的可靠性和更高的效率。由于减少了栅极电荷和输出电容中存储的能量，因此降低了驱动损耗并提高了开关效率。UniFET II MOSFET系列器件能够以最低的成本为设计人员提供更高的可靠性和效率。
