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第五代 DTMOS 超级结 MOSFET 让电源变得更加安静和高效

时间：2018-03-23 15:01来源：东芝半导体与存储产品

摘要：在安静的夜晚，拿着手机充着电，你是否听到了滋滋的声音？很多人觉得这个声音听着挺害怕的，一番查找后，发现这个奇怪的声音是从手机充电器发出来的。

在安静的夜晚，拿着手机充着电，你是否听到了滋滋的声音？很多人觉得这个声音听着挺害怕的，一番查找后，发现这个奇怪的声音是从手机充电器发出来的。其实，除了手机， LED灯、笔记本电源适配器和平板电脑电源等高端电源设备都有这个声音。这个声音在电子工程学中，叫做电磁噪声，主要来源于设备里面的开关电源系统。

在持续提高开关功率转换系统（如PFC和开关电源等）能效的趋势推动下，超级结MOSFET已成为关注节能表现的设计人员所青睐的解决方案。该技术可以减小与关键参数相关的芯片尺寸，如MOSFET的导通电阻等，从而帮助设计师减小电路尺寸、提高电流密度。但是，随着该器件技术在市场中的应用日益普及，带来的噪声性能等新问题也随之而来。这样给电源设计师带来了巨大的压力，他们必须在日益严苛的成本限制下，满足用户对更高能效、可靠性和微型化电源的需求的同时，还要花时间来抑制电磁干扰。

如何抑制电磁噪声？
电源系统电路中，往往会有谐振开关拓扑，例如带有零电压开关功能的LLC转换器等。LLC电路的初级侧开关，如图1（MOSFET Q1和Q2）所示，目前通常采用超级结晶体管，以打造紧凑且高效节能的电源。因其固有的低电磁辐射而在此类应用中得到广泛使用，随之带来的就是电磁噪声。

图1：初级侧超级结晶体管可以增强高端LLC谐振电源装置的效率

超级结晶体管与传统平面硅MOSFET相比，电源设计人员在使用超级结MOSFET时，可以大幅降低特定芯片尺寸下的导通损耗。早期的超级结器件的结构，其通常采用多次外延工艺制造而成，导致其尺寸偏大，同时也限制了N区结构减小导通电阻的设计。第四代DTMOS器件使用了单次外延工艺，能使超级结MOSFET在温度变化时具有更稳定的性能，最终有助于解决减小导通电阻和转换效率问题。如此看来，实现低的导通电阻和噪声性能，主要取决于采用功率半导体的技术。

采用第五代DTMOS FET来降低电磁噪声
东芝电子元件及存储装置株式会社推出第五代DTMOS超级结MOSFET器件，可以实现功率转换器的低噪声性能。第五代DTMOS在第四代DTMOS系列的基础上增加了更多的改进功能，包括导通电阻RDS(ON)进一步降低17%，并更大程度地优化了开关功能和电磁干扰噪声间的平衡。

这种器件发出的噪声与竞争性低电磁干扰器件的噪声效果相当，而同时该器件还具有超级结技术所特有的导通电阻极低的特性。图2对电视电源PFC电路所用第四代和第五代N通道、0.38mΩ级600V器件产生的电磁干扰水平进行了对比，结果显示后者可以显著减少干扰。