功率MOSFET系列（十）：超結(jié)MOSFET寄生電容非線性對(duì)EMI的影響分析與優(yōu)化
超結(jié)MOSFET 除傳統(tǒng)平面MOSFET EMC問題產(chǎn)生原因之外，其反向傳輸電容CRSS電容、輸出COSS電容的非線性是高頻寄生振蕩產(chǎn)生的重要原因，也是導(dǎo)致輻射發(fā)射測(cè)試不通過的重要因素之一。
圖1：超結(jié)MOSFET與平面MOSFET電容非線性對(duì)比圖
反向傳輸電容CGD即米勒電容CRSS的非線性是的，超結(jié)器件前100V內(nèi)的變化幾乎達(dá)到三個(gè)數(shù)量級(jí)的。MOSFET寄生電容非線性特性就是指：當(dāng)所加的偏置電壓發(fā)生改變時(shí)，電容值也會(huì)發(fā)生改變，表現(xiàn)出非線性的特性。
電容兩端的電壓增加時(shí)，就會(huì)形成對(duì)電容的充電電流，電容電極上的電荷量也會(huì)增加，電容兩端電壓的變化是通過兩個(gè)電極上的電荷的變化來實(shí)現(xiàn)。電容值的大小，和電容電極的面積成正比、電極的距離成反比、和介質(zhì)介電常數(shù)成正比：
01、MOSFET寄生電容的非線性
MOSFET寄生電容是非線性變化的，是外加偏置電壓的函數(shù)，輸出電容和反向傳輸電容，隨著VDS電壓的增加而減小，當(dāng)電壓增加時(shí)，和VDS相關(guān)電容的減小來源于耗盡層電容減小，耗盡層區(qū)域擴(kuò)大，CGS電容受電壓的影響非常小，CGD電容受外加電壓影響程度是CGS的100倍以上。
圖2：MOSFET寄生電容隨外加電壓變化曲線
【重要知識(shí)點(diǎn)】
輸出電容COSS、米勒電容CRSS非線性是產(chǎn)生EMI問題的主要原因，CGS電容的影響基本可以忽略，MOSFET寄生電容的非線性主要受結(jié)構(gòu)、材料等因素影響。
02、工藝對(duì)超結(jié)MOSFET寄生電容的影響
超結(jié)MOSFET在追求低導(dǎo)通電阻、更高工作頻率、更低成本的要求下，則需要降低內(nèi)部晶胞單元尺寸，采用更小的封裝尺寸，降低系統(tǒng)成本的同時(shí)，也降低了寄生電容。內(nèi)部的晶胞單元尺寸越小，就必須要求漂移層N區(qū)電流路徑的摻雜濃度更高，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生更高的橫向電場(chǎng)，也就是更強(qiáng)烈的電荷平衡性，保證內(nèi)部空間電荷區(qū)獲得所要求的擊穿電壓；而導(dǎo)致MOSFET的COSS和CRSS的電容曲線的突變電壓區(qū)將降低到更低的電壓，寄生電容的非線性更為嚴(yán)重。
不同的工藝，轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電壓不同，轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電壓越低，電容的非線性特性越惡劣，對(duì)MOSFET的開關(guān)特性和EMI影響也越強(qiáng)烈，采用新一代超結(jié)結(jié)構(gòu)輸出電容COSS非線性的特性的VDS電壓區(qū)間為10V-20V之間，開關(guān)損耗更低、開關(guān)速度更快，VDS電壓在這個(gè)區(qū)間也會(huì)產(chǎn)生更大的（dｖ/dｔ）和（dｉ/dｔ）,造成柵極和漏極產(chǎn)生電壓振蕩，同時(shí)產(chǎn)生EMI問題。
【重要知識(shí)點(diǎn)】
超結(jié)結(jié)構(gòu)的MOSFET采用更小的晶胞單元尺寸，導(dǎo)致輸出電容、反向傳輸電容轉(zhuǎn)折點(diǎn)的電壓進(jìn)一步降低，對(duì)應(yīng)的開關(guān)損耗降低，輸出電容的非線性進(jìn)一步惡化。寄生電容非線性變化產(chǎn)生更大的（dｖ/dｔ）和（dｉ/dｔ），更加惡化EMI性能。
03、超結(jié)MOSFET EMI問題優(yōu)化
輸出電容COSS、反向傳輸電容CRSS非線性是由器件本身的制造工藝、材料、結(jié)構(gòu)共同決定，是器件自身特性，需要重新更換器件才可以改變，功率MOSFET屬于關(guān)鍵元件，變更是受嚴(yán)格管控的，在器件選型確定后，可以通過調(diào)整電路設(shè)計(jì)來優(yōu)化EMI性能。
圖129：MOSFET增加RC電路寄生電容的非線性
輸出電容COSS、反向傳輸電容CRSS非線性，是可以在MOSFET外部增加RC電路來改善，具體對(duì)策為在D-S極增加RC電路來優(yōu)化輸出電容COSS的非線性，在G-D極增加RC電路來優(yōu)化反向傳輸電容CRSS的非線性。
【重要知識(shí)點(diǎn)】
對(duì)于MOSFET寄生電容非線性引起的寄生振蕩，可以通過調(diào)整柵極驅(qū)動(dòng)電阻參數(shù)來優(yōu)化；也可以通過MOSFET D極引腳增加串聯(lián)磁珠來抑制寄生振蕩，在D-S極增加RC吸收電路也可以改善D-S之間的電壓振蕩；對(duì)于插件MOSFET器件，引腳增加穿心磁珠是抑制寄生振蕩的重要方法之一。
應(yīng)用于不同風(fēng)資源和環(huán)境條件的大型陸地風(fēng)電機(jī)組、海上風(fēng)電機(jī)組
唯電電子致力于服務(wù)風(fēng)力發(fā)電專用電容
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MP9-20919J 3*54UF690VAC
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UL9-20833K( 5100UF,1000VDC)
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