COOLMOS在電源上的應(yīng)用已經(jīng)初具規(guī)模，向英飛凌的產(chǎn)品已經(jīng)全為COOLMOS系列，我們做為電源工程師，在電源開發(fā)的過程中選用COOLMOS應(yīng)該注意什么呢？我簡單的整理了幾點(diǎn)，發(fā)出來。拋磚引玉，歡迎大家上傳資料，共同進(jìn)步。
COOLMOS與VDMOS的結(jié)構(gòu)差異
為了克服傳統(tǒng)MOS導(dǎo)通電阻與擊穿電壓之間的矛盾，一些人在VDMOS基礎(chǔ)上提出了一種新型的理想器件結(jié)構(gòu)，稱為超結(jié)器件或COOLMOS，COOLMOS的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其由一些列的P型和N型半導(dǎo)體薄層交替排列組成。在截止態(tài)時，由于P型和N型層中的耗盡區(qū)電場產(chǎn)生相互補(bǔ)償效應(yīng)，使P型和N型層的摻雜濃度可以做的很高而不會引起器件擊穿電壓的下降。導(dǎo)通時，這種高濃度的摻雜可以使其導(dǎo)通電阻顯著下降，大約有兩個數(shù)量級。因?yàn)檫@種特殊的結(jié)構(gòu)，使得COOLMOS的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的VDMOS.
對于常規(guī)VDMOS器件結(jié)構(gòu)， Rdson與BV這一對矛盾關(guān)系，要想提高BV，都是從減小EPI參雜濃度著手，但是外延層又是正向電流流通的通道，EPI參雜濃度減小了，電阻必然變大，Rdson就大了。Rdson直接決定著MOSFET單體的損耗大小。所以對于普通VDMOS，兩者矛盾不可調(diào)和，這就是常規(guī)VDMOS的局限性。 但是對于COOLMOS，這個矛盾就不那么明顯了。通過設(shè)置一個深入EPI的的P區(qū)，大大提高了BV，同時對Rdson上不產(chǎn)生影響。對于常規(guī)VDMOS，反向耐壓，主要靠的是N型EPI與body區(qū)界面的PN結(jié)，對于一個PN結(jié)，耐壓時主要靠的是耗盡區(qū)承受，耗盡區(qū)內(nèi)的電場大小、耗盡區(qū)擴(kuò)展的寬度的面積。常規(guī)VDSMO，P body濃度要大于N EPI，大家也應(yīng)該清楚，PN結(jié)耗盡區(qū)主要向低參雜一側(cè)擴(kuò)散，所以此結(jié)構(gòu)下，P body區(qū)域一側(cè)，耗盡區(qū)擴(kuò)展很小，基本對承壓沒有多大貢獻(xiàn)，承壓主要是P body－－N EPI在N型的一側(cè)區(qū)域，這個區(qū)域的電場強(qiáng)度是逐漸變化的，越是靠近PN結(jié)面，電場強(qiáng)度E越大。對于COOLMOS結(jié)構(gòu)，由于設(shè)置了相對P body濃度低一些的P region區(qū)域，所以P區(qū)一側(cè)的耗盡區(qū)會大大擴(kuò)展，并且這個區(qū)域深入EPI中，造成了PN結(jié)兩側(cè)都能承受大的電壓，換句話說，就是把峰值電場Ec由靠近器件表面，向器件內(nèi)部深入的區(qū)域移動了。
COOLMOS在電源上應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)
1> 通態(tài)阻抗小，通態(tài)損耗小。
由于SJ-MOS的Rdson遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于VDMOS，在系統(tǒng)電源類產(chǎn)品中SJ-MOS的導(dǎo)通損耗必然較之VDMOS要減少的多。其大大提高了系統(tǒng)產(chǎn)品上面的單體MOSFET的導(dǎo)通損耗，提高了系統(tǒng)產(chǎn)品的效率，SJ-MOS的這個優(yōu)點(diǎn)在大功率、大電流類的電源產(chǎn)品產(chǎn)品上，優(yōu)勢表現(xiàn)的尤為突出。
2> 同等功率規(guī)格下封裝小，有利于功率密度的提高。
首先，同等電流以及電壓規(guī)格條件下，SJ-MOS的晶源面積要小于VDMOS工藝的晶源面積，這樣作為MOS的廠家，對于同一規(guī)格的產(chǎn)品，可以封裝出來體積相對較小的產(chǎn)品，有利于電源系統(tǒng)功率密度的提高。
其次，由于SJ-MOS的導(dǎo)通損耗的降低從而降低了電源類產(chǎn)品的損耗，因?yàn)檫@些損耗都是以熱量的形式散發(fā)出去，我們在實(shí)際中往往會增加散熱器來降低MOS單體的溫升，使其保證在合適的溫度范圍內(nèi)。由于SJ-MOS可以有效的減少發(fā)熱量，減小了散熱器的體積，對于一些功率稍低的電源，甚至使用SJ-MOS后可以將散熱器徹底拿掉。有效的提高了系統(tǒng)電源類產(chǎn)品的功率密度。
3> 柵電荷小，對電路的驅(qū)動能力要求降低。
傳統(tǒng)VDMOS的柵電荷相對較大，我們在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會遇到由于IC的驅(qū)動能力不足造成的溫升問題，部分產(chǎn)品在電路設(shè)計(jì)中為了增加IC的驅(qū)動能力，確保MOSFET的快速導(dǎo)通，我們不得不增加推挽或其它類型的驅(qū)動電路，從而增加了電路的復(fù)雜性。SJ-MOS的柵電容相對比較小，這樣就可以降低其對驅(qū)動能力的要求，提高了系統(tǒng)產(chǎn)品的可靠性。
4> 節(jié)電容小，開關(guān)速度加快，開關(guān)損耗小。
由于SJ-MOS結(jié)構(gòu)的改變，其輸出的節(jié)電容也有較大的降低，從而降低了其導(dǎo)通及關(guān)斷過程中的損耗。
同時由于SJ-MOS柵電容也有了響應(yīng)的減小，電容充電時間變短，大大的提高了SJ-MOS的開關(guān)速度。對于頻率固定的電源來說，可以有效的降低其開通及關(guān)斷損耗。提高整個電源系統(tǒng)的效率。這一點(diǎn)尤其在頻率相對較高的電源上，效果更加明顯。
COOLMOS系統(tǒng)應(yīng)用可能會出現(xiàn)的問題<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
1> EMI可能超標(biāo)。
由于SJ-MOS擁有較小的寄生電容，造就了超級結(jié)MOSFET具有極快的開關(guān)特性。因?yàn)檫@種快速開關(guān)特性伴有極高的dv/dt和di/dt，會通過器件和印刷電路板中的寄生元件而影響開關(guān)性能。對于在現(xiàn)代高頻開關(guān)電源來說，使用了超級結(jié)MOSFET，EMI干擾肯定會變大，對于本身設(shè)計(jì)余量比較小的電源板，在SJ-MOS在替換VDMOS的過程中肯定會出現(xiàn)EMI超標(biāo)的情況。
2> 柵極震蕩。
功率MOSFET的引線電感和寄生電容引起的柵極振鈴，由于超級結(jié)MOSFET具有較高的開關(guān)dv/dt。其震蕩現(xiàn)象會更加突出。這種震蕩在啟動狀態(tài)、過載狀況和MOSFET并聯(lián)工作時，會發(fā)生嚴(yán)重問題，導(dǎo)致MOSFET失效的可能。
3> 抗浪涌及耐壓能力差。
由于SJ-MOS的結(jié)構(gòu)原因，很多廠商的SJ-MOS在實(shí)際應(yīng)用推廣替代VDMOS的過程中，基本都出現(xiàn)過浪涌及耐壓測試不合格的情況。這種情況在通信電源及雷擊要求較高的電源產(chǎn)品上，表現(xiàn)的更為突出。這點(diǎn)必須引起我們的注意。
4> 漏源極電壓尖峰比較大。
我司MOSFET目前使用的客戶主要是反激的電路拓?fù)?，由于本身電路的原因，變壓器的漏感、散熱器接地、以及電源地線的處理等問題，不可避免的要在MOSFET上產(chǎn)生相應(yīng)的電壓尖峰。針對這樣的問題，反激電源大多選用RCD SUNBER電路進(jìn)行吸收。由于SJ-MOS擁有較快的開關(guān)速度，勢必會造成更高的VDS尖峰。如果反壓設(shè)計(jì)余量太小及漏感過大，更換SJ-MOS后，極有可能出現(xiàn)VD尖峰失效問題。
5> 紋波噪音差。
由于SJ-MOS擁有較高的dv/dt和di/dt，必然會將MOSFET的尖峰通過變壓器耦合到次級，直接造成輸出的電壓及電流的紋波增加。甚至造成電容的溫升失效問題的產(chǎn)生。
目前市場上COOLMOS應(yīng)用及廠家相關(guān)信息收集<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
1> 目前COOLMOS主要應(yīng)用范圍為高端LED電源、通信電源、個人電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、手機(jī)、高壓氣體放電燈以及電視機(jī)（液晶或等離子電視機(jī)）和游戲機(jī)等消費(fèi)電子產(chǎn)品的電源或適配器等等。其主要應(yīng)用范圍為高壓段，在低壓段應(yīng)用不太明顯，但也有相應(yīng)的廠家在做中壓段，如AO公司。
2> 目前COOLMOS類產(chǎn)品主要以Infineon一家獨(dú)大，占據(jù)市場比例比較多。當(dāng)然，除了Infineon以外，Toshiba、ST、NCE等廠家也都有COOLMOS產(chǎn)品在推廣應(yīng)用，但市場份額相對占的比較小。
3> 由于Infineon Technologies的COOLMOS目前占據(jù)的市場份額比較大，我們就著重介紹一下Infineon Technologies的COOLMOS系統(tǒng)。Infineon 的COOLMOS主要有C3、CP、C6、CFD、CFD2等系列。
C3系列是Infineon 早期應(yīng)用非常廣泛的COOLMOS系列
CP系列與C3系列相比其主要區(qū)別為其在開關(guān)速度及導(dǎo)通電阻上更有優(yōu)勢。CP系列Infineon 推薦在PFC方面的PWM應(yīng)用。
C6系列為Infineon的第五代產(chǎn)品，網(wǎng)絡(luò)論壇中部分工程師認(rèn)為C3的COST DOWN 版本。
CFD、CFD2系列RDSON比C3系列稍大，但其在TRR特性較好，同時對其體二級管特性進(jìn)行了提高，這也是其FAE推薦客戶使用CFD2系列在LLC電路或橋式電路中（如HID燈）的緣由。
很好的學(xué)習(xí)資料。西安芯派的功率MOS器件在國內(nèi)還是很不錯滴 芯派有COOLMOS嗎 不清楚。同問樓主 芯派有出coolmos了嗎？ 好貼，學(xué)習(xí)了，謝謝樓主！雖然IFX一家獨(dú)大，但是其他幾家也不小，對國內(nèi)的工程師來說，每家都是大家伙，設(shè)計(jì)和制程都是可以信任的。
2012 market share
IFX: 55.9%
ST: 30.7%
Toshiba: 6.7%
Fairchild: 4.9%
Vishay: 1%
總量是5.37億美元
CoolMOS的開關(guān)速度快，所以造成EMI容易超標(biāo)，在CoolMOS替換普通VDMOS的時候，適當(dāng)加大驅(qū)動電阻，可以降低EMI，EMI問題還是容易解決。至于雷擊和浪涌問題，還是跟BV值、雪崩電壓、抗雪崩能力相關(guān)，在單級PFC電路里面應(yīng)用確實(shí)比較難過雷擊測試，需要前級多做一些吸收surge的措施；另外，提高變壓器的抗飽和能力，避免在雷擊的時候發(fā)生飽和，加大雪崩電流。目前很多客戶做單級PFC的LED電源，會遇到溫升問題，使用CoolMOS之后效果還是明顯。
分析總結(jié)的很有道理。
建議版主和做代理的龍騰能夠針對CoolMOS的問題，做些更為詳細(xì)的解決方法和較詳細(xì)具體的措施，能夠提供下載資料最好。非常感謝好資料，MARK，多謝樓主
很好的資料，值得學(xué)習(xí)最近在做一個120W的LLC電源，準(zhǔn)備用COOLMOS。跟英飛凌的FAE聯(lián)系了下，對方推薦用C6的管子，死去如果小的話，對方建議用CFD的管子，據(jù)說CFD將體二極管進(jìn)行了優(yōu)化。是不是集成個肖特基呢？
學(xué)習(xí)肯定不是集成的肖特基，肖特基一般電壓都比較低，200V以上就比較困難了，據(jù)說英飛凌采用了一種特殊的工藝，增強(qiáng)了CFD系列的反向恢復(fù)能力，具體緣由，就不得而知，因?yàn)槲乙彩亲鲭娫吹摹?/p> 在高壓MOSFET中實(shí)現(xiàn)快恢復(fù)體二極管并不是及集成Schottky，而是在前端制造時，多了兩個步驟：irraditation和annealing，目的是引入recombination center。英飛凌的CFD/CFD2, 威士的EF系列，ST的M5 D系列，肥皂的superFET F系列，Toshiba的W5系列都是快恢復(fù)的
如果死區(qū)大呢，，還能用Cmos嗎，，，，
LLC用C容易炸，，，，
學(xué)習(xí)了，謝謝樓主！以前在金威源的時候，有供應(yīng)商送ST的COOLMOS替換普通MOS結(jié)果雷擊測試過不了，至今不明白為什么，最終沒采用，請教樓主，這是為什么呢？
樓上的，你好。COOLMOS推廣初期在EAS.反向恢復(fù)，等特性上面不及普通的VDMOS。同時由于COOLMOS速度過快，造成的的尖峰問題也是引起失效的一個緣由。據(jù)說，歐美系的COOLMOS在推廣初期在艾默生等大的電源企業(yè)出現(xiàn)了不少的問題，但隨著技術(shù)的改進(jìn)，COOLMOS應(yīng)用已經(jīng)比較普及，由于它的導(dǎo)通速度及RDSON等優(yōu)勢，已經(jīng)在高端電源中開始廣泛的應(yīng)用。至于你說的SURGER測試不通過，那就要根據(jù)當(dāng)時的情況查找具體的原因了。使用COOLMOS必然要對板子進(jìn)行一些調(diào)整。
多謝樓主的細(xì)心的回復(fù)，受教了，多謝。
英飛凌的CFD系列管子，確實(shí)用集成肖特基替代內(nèi)部體二極管的，詳細(xì)可以參考如下網(wǎng)址；是這樣嗎，難道CFD2跟CFD不一樣
網(wǎng)址在那里呢，樓上的？？？？？？？？
哪家的快恢復(fù)超結(jié)MOSFET還帶集成Schottky啊，現(xiàn)在價錢都?xì)⒌哪敲磪柡α?，能便宜一個美分都是錢啊
自己看CFD2的官方介紹吧
First 650V technology with integrated fast body diode on the market
學(xué)習(xí)了，英飛凌用不起啊 太貴了infineon 的 coolmos
st 的 MD-mesh 工藝 MOS
都是差不多的， MD-mesh 稱為多網(wǎng)格工藝，就是理解為 N個微小的 MOS 串并聯(lián)組成一個大 MOS， 從而降低 K 值
K = Rds(on) * Qg
樓上的團(tuán)長，您好。請教兩個問題：
1：ST的MD-MESH工藝MOS命名是怎么跟ST普通MOS區(qū)分開來的，是否后綴C3，C5的為ST的MD-MESH工藝MOS.
2：K值在DATASHEET中需要自己計(jì)算嗎？以前只知道RDS*Qg最優(yōu)化直接決定MOS的綜合損耗的高低，卻沒有量化的認(rèn)識，團(tuán)長能否稍微講的詳細(xì)點(diǎn)，多謝了。
answer 1.
ST 的 MOS 分為好幾代的，前幾代的叫 StripFET I/StripFET II/....
后來就是 FD-MESH/SUPER-MESH/MD-MESH/...
MD-MESH 命名： 電流與電壓之間是 NM （這樣也并不絕對）
answer 2.
K值是半導(dǎo)體行業(yè)里的俗稱，datasheet 里是沒有的，K值的減小說明是工藝水平的提升
多謝樓上的細(xì)心的介紹，學(xué)習(xí)了。
樓上對器件很了解啊，以后多多指教，我最近開始用COOLMOS，所以在論壇里關(guān)注這類的帖子。
如果能用我們推廣的 ST VIPer53DIP 做設(shè)計(jì)，我們會提供更多的服務(wù)
它也是內(nèi)置 MD-MESH 工藝的 MOS，相當(dāng)于普通的 14N65
POWERLION (SZ) TECH. ST 的 design sales
DIP-8 的散熱與 VIPER22 一樣，通過管腳連接 PCB 散熱及本身散熱
VIPERX2 系列，集成的是普通工藝的MOS，53是為了做到 50W 而集成了大功率的MOS利于散熱，內(nèi)部有 current limited。
PI 的是電壓控制型的，ST的是電流控制型的，兩者差別不用我說，大家都應(yīng)該知道優(yōu)劣
價格這一塊更不用討論了
我們有評估板，目前優(yōu)勢還是有的，元器件數(shù)量節(jié)省了，加工成本也降低了，調(diào)試周期也減小了，可靠性也上升了
下個DATASHEET看下，多謝團(tuán)長。
就你說到這幾個優(yōu)勢pi的都比你的viper強(qiáng)太多英飛凌有集成coolmos的集成芯片那性能比st的強(qiáng)太多了 好貼，收藏了發(fā)現(xiàn)又一個討論COOLMOS的帖子，與大家分享下。
http://bbs.dianyuan.com/topic/620387這個帖子里說：
COOLMOS是電子科技大學(xué)陳星弼院士發(fā)明，是中國人發(fā)明的，后來專利賣給INFINEON的。
還說：其實(shí)COOLMOS只是Infineon的注冊商標(biāo)，所用的原理是陳星弼的超結(jié)耐壓原理，但陳老的專利只有原理沒有實(shí)現(xiàn)方式；Coolmos目前采用的是多次外延加多次注入的方式實(shí)現(xiàn)超結(jié)結(jié)構(gòu)的；其他廠如fairchild有superMOS,superFET兩種，原理上都是超結(jié)管，但實(shí)現(xiàn)方式分別為深溝槽填充方式和多次外延加注入方式。其他廠如Toshiba商標(biāo)為DTMOS，耐壓原理上也是超結(jié)原理，但實(shí)現(xiàn)方式都有差別。
看來真是先入為主啊，現(xiàn)在我們都稱COOLMOS，其實(shí)應(yīng)該稱超節(jié)MOS更合適點(diǎn)。 準(zhǔn)確講是SJ-COM，是陳院士發(fā)明的因國內(nèi)技術(shù)的局限性就將專利賣給了INFINEON的?，F(xiàn)在與陳院士合作的南京星焱微電子正在不斷的升級SJ-MOS，其實(shí)現(xiàn)在國內(nèi)的SJ-MOS水平也不錯了。很久沒登陸了，發(fā)現(xiàn)有效的技術(shù)討論挺多的，多謝大家的支持，歡迎大家將COOLMOS的更多技術(shù)以及采購信息貼在論壇里。做成一個COOLMOS的綜合帖子。供大家再使用及選型的時候參考。
記得以前在論壇里看到過一個MOSFET品牌廠家的整理集合。誰有呢，幫忙發(fā)下。
的確在開關(guān)電源里，用超結(jié)MOS代替，普通的mos會出問題，普通的可以正常工作，超結(jié)的mos總是壞。應(yīng)該是柵極震蕩引起，減小柵極電阻都不行，不知怎么才能解決啊。
應(yīng)該有這種可能性，樓主也說了。但普通MOS也有震蕩，并且他的柵極寄生電容更大，更容易震蕩才對。不懂
減小柵極震蕩，增大柵極電阻才對，為什么減小柵極電阻？
減小柵極震蕩：
1，柵極引腳串入磁珠
2，如有二極管快速關(guān)斷電路，去掉驅(qū)動電路中的快速關(guān)斷二極管
3，增大Rg_ext
4, 使用PNP三極管快速關(guān)斷，減小GS 環(huán)路。
增大電阻也不行，用的是PNP三極管快速關(guān)斷，GS環(huán)路也不大。用示波器測試一下MOSFET 漏極的電壓變化率，dv/dt, 電流變化率，di/dt,
估算MOSFET 源極上電感量和PCB 的寄生電感量，用V=L*di/dt 計(jì)算一下寄生電感引起的電壓幅度。
能詳細(xì)說說串聯(lián)的磁珠怎么選擇嗎？
學(xué)習(xí)了
前一段時間，英飛凌在西安舉行了研討會，很多關(guān)于COOLMOS的應(yīng)用方面的介紹及討論，大家都有去沒呢？回頭我將資料傳上來大家共享芯派公司有超結(jié)MOSFET，目前已應(yīng)用到康舒和臺達(dá)的產(chǎn)品中，大家可以看看芯派的網(wǎng)站產(chǎn)品介紹，里面后綴帶K的為超結(jié)產(chǎn)品。
http://www.semipower.com.cn/
大功率電感廠家 |大電流電感工廠