Cool-MOS的定义、优势及实际应用问题分析

对于Cool-MOS的简述

对于常规VDMOS 器件结构， Rdson 与BV 这一对矛盾关系，要想提高BV，都是从减小EPI 参杂浓度着手，但是外延层又是正向电流流通的通道，EPI 参杂浓度减小了，电阻必然变大，Rdson 就大了。Rdson直接决定着MOS 单体的损耗大小。所以对于普通VDMOS，两者矛盾不可调和，这就是常规VDMOS的局限性。但是对于COOLMOS，这个矛盾就不那么明显了。通过设置一个深入EPI 的的P 区，大大提高了BV，同时对Rdson 上不产生影响。对于常规VDMOS，反向耐压，主要靠的是N 型EPI 与body区界面的PN 结，对于一个PN 结，耐压时主要靠的是耗尽区承受，耗尽区内的电场大小、耗尽区扩展的宽度的面积。常规VDSMO，P body 浓度要大于N EPI，大家也应该清楚，PN 结耗尽区主要向低参杂一侧扩散，所以此结构下，P body 区域一侧，耗尽区扩展很小，基本对承压没有多大贡献，承压主要是P body－－N EPI 在N 型的一侧区域，这个区域的电场强度是逐渐变化的，越是靠近PN 结面，电场强度E 越大。对于COOLMOS 结构，由于设置了相对P body 浓度低一些的P region 区域，所以P 区一侧的耗尽区会大大扩展，并且这个区域深入EPI 中，造成了PN 结两侧都能承受大的电压，换句话说，就是把峰值电场Ec 由靠近器件表面，向器件内部深入的区域移动了。

Cool-MOS的优势

1.通态阻抗小，通态损耗小。

由于SJ-MOS 的Rdson 远远低于VDMOS，在系统电源类产品中SJ-MOS 的导通损耗必然较之VDMOS要减少的多。其大大提高了系统产品上面的单体MOSFET 的导通损耗，提高了系统产品的效率，SJ-MOS的这个优点在大功率、大电流类的电源产品产品上，优势表现的尤为突出。

2.同等功率规格下封装小，有利于功率密度的提高。

首先，同等电流以及电压规格条件下，SJ-MOS 的晶源面积要小于VDMOS 工艺的晶源面积，这样作为MOS 的厂家，对于同一规格的产品，可以封装出来体积相对较小的产品，有利于电源系统功率密度的提高。

其次，由于SJ-MOS 的导通损耗的降低从而降低了电源类产品的损耗，因为这些损耗都是以热量的形式散发出去，我们在实际中往往会增加散热器来降低MOS 单体的温升，使其保证在合适的温度范围内。由于SJ-MOS 可以有效的减少发热量，减小了散热器的体积，对于一些功率稍低的电源，甚至使用SJ-MOS 后可以将散热器彻底拿掉。有效的提高了系统电源类产品的功率密度。

3.栅电荷小，对电路的驱动能力要求降低。

传统VDMOS 的栅电荷相对较大，我们在实际应用中经常会遇到由于IC 的驱动能力不足造成的温升问题，部分产品在电路设计中为了增加IC 的驱动能力，确保MOSFET 的快速导通，我们不得不增加推挽或其它类型的驱动电路，从而增加了电路的复杂性。SJ-MOS 的栅电容相对比较小，这样就可以降低其对驱动能力的要求，提高了系统产品的可靠性。

4.节电容小，开关速度加快，开关损耗小。

由于SJ-MOS 结构的改变，其输出的节电容也有较大的降低，从而降低了其导通及关断过程中的损耗。同时由于SJ-MOS 栅电容也有了响应的减小，电容充电时间变短，大大的提高了SJ-MOS 的开关速度。对于频率固定的电源来说，可以有效的降低其开通及关断损耗。提高整个电源系统的效率。这一点尤其在频率相对较高的电源上，效果更加明显。

Cool-MOS 系统应用可能会出现的问题

1.EMI 可能超标。

由于SJ-MOS 拥有较小的寄生电容，造就了超级结MOSFET 具有极快的开关特性。因为这种快速开关特性伴有极高的dv/dt 和di/dt，会通过器件和印刷电路板中的寄生元件而影响开关性能。对于在现代高频开关电源来说，使用了超级结MOSFET，EMI 干扰肯定会变大，对于本身设计余量比较小的电源板，在SJ-MOS 在替换VDMOS 的过程中肯定会出现EMI 超标的情况。

2.栅极震荡。

功率MOSFET 的引线电感和寄生电容引起的栅极振铃，由于超级结MOSFET 具有较高的开关dv/dt。其震荡现象会更加突出。这种震荡在启动状态、过载状况和MOSFET 并联工作时，会发生严重问题，导致MOSFET 失效的可能。

3.抗浪涌及耐压能力差。

由于SJ-MOS 的结构原因，很多厂商的SJ-MOS 在实际应用推广替代VDMOS 的过程中，基本都出现过浪涌及耐压测试不合格的情况。这种情况在通信电源及雷击要求较高的电源产品上，表现的更为突出。这点必须引起我们的注意。

4.漏源极电压尖峰比较大。

尤其在反激的电路拓扑电源，由于本身电路的原因，变压器的漏感、散热器接地、以及电源地线的处理等问题，不可避免的要在MOSFET 上产生相应的电压尖峰。针对这样的问题，反激电源大多选用RCD SUNBER 电路进行吸收。由于SJ-MOS 拥有较快的开关速度，势必会造成更高的VDS 尖峰。如果反压设计余量太小及漏感过大，更换SJ-MOS 后，极有可能出现VD 尖峰失效问题。

5.纹波噪音差。

由于SJ-MOS 拥有较高的dv/dt 和di/dt，必然会将MOSFET 的尖峰通过变压器耦合到次级，直接造成输出的电压及电流的纹波增加。甚至造成电容的温升失效问题的产生。