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2019.02.21 Si功率元件
本文是Si功率元件基礎篇的最後一篇。之前針對整流二極體、蕭特基二極體、快速恢復二極體、MOSFET、Super Junction MOSFET、Presto MOS、Hybrid MOS等Si功率元件的基本特性進行了說明。另外還介紹了如何判斷所選擇的電晶體在實際工作條件下是否適用的方法與步驟、以及發揮各種二極體和電晶體特性的應用案例。這些是離散式元件的基礎內容，透過這些介紹，相信大家對於每種元件的特性應該有所瞭解了。下面是各篇文章及關鍵要點的彙整。
＜所謂Si二極體＞
・最基礎的確認事項。
・作為Si功率元件的二極體的種類和分類。
・瞭解功率Si二極體的大致特性比較。
・Si-SBD的特性因位障金屬而異。
・認識到不可忽視Si-SBD的IR的程度。
・因有導致熱失控的可能性，所以必須充分驗證熱設計。
・Si-FRD的特性因矽擴散的雜質而異。
・Si-FRD的VF和trr之間存在著蹺蹺板(Trade Off)關係。
・反向恢復時的雜訊對於開關電源應用產生不利影響，所以研發了改良型。
＜所謂Si電晶體＞
・本章中選取功率電晶體中的雙載子電晶體、MOSFET、IGBT進行了介紹。
・介紹雙載子電晶體、MOSFET、IGBT的基本特性。
・MOSFET存在寄生電容，寄生電容是影響開關特性的重要參數。
・寄生電容對於溫度影響幾乎無變化，因此開關特性幾乎不受溫度變化的影響。
・MOSFET的開關特性參數提供導通延遲時間、上升時間、關斷延遲時間、下降時間。
・開關特性受測量條件和測量電路的影響較大，需要確認提供條件。
・開關特性幾乎不受溫度變化的影響。
・使MOSFET導通的電壓稱為“閘極閾值”。
・VGS恒定的話，ID會隨溫度上升而增加，因此有些條件需要注意。
・可根據VGS(th)的變化，推算大致的Tj。
▶何謂MOSFET－Super Junction MOSFET
・Si-MOSFET的產品定位是“以低～中功率高速工作”。
・SuperJunction結構可保持耐壓的同時，還可降低導通電阻RDS(ON)與閘極電荷量Qg。
・Super Junction MOSFET與Planar MOSFET相比，具有trr速度更快、irr更大的特性。
▶何謂MOSFET－高耐壓Super Junction MOSFET的種類與特性
・SJ-MOSFET的種類因特性而異。
・SJ-MOSFET與平面MOSFET相比，基本上是低導通電阻、高速的產品，並在致力於實現更低雜訊、更低導通電阻及更高速度。
▶何謂MOSFET－高速trr SJ-MOSFET : PrestoMOS™
・PrestoMOS是具備SJ-MOSFET的高耐壓、低導通電阻、低閘極總電荷量特性、且實現了內部二極體的反向恢復時間trr高速化的ROHM SJ-MOSFET。
・內部二極體的trr高速化有助於實現變流器和馬達驅動器電路的高效化與小型化。
・Hybrid MOS是兼備MOSFET和IGBT優勢的新結構MOSFET。
・同時具備MOSFET的高速性、在低電流範圍的低損耗、IGBT在大電流範圍的低損耗特性。
・有利於實現更高的家電APF標準。不僅支援大功率，還可提高低功率範圍的效率。
＜實際工作中的電晶體適用性確認＞
・基本上，試製中需要確認所選的電晶體在實際工作過程中是否適用。
・為進行確認，需要測量電晶體處理的電壓和電流資料。
・準確理解絕對最大額定值的定義和意圖，並對適用性作出判斷。
・SOA（Safe Operating Area：安全工作區）是用來確認電晶體是否在安全的條件下工作的資訊。
・基本上圖表中所示為在D與VDSS之間的關係中，對於額定電壓/電流、額定功率（發熱）來說安全的範圍。
・認真確認SOA的條件，考慮到與實際使用條件的差異之處後再使用。
・SOA曲線圖是Ta＝25℃的資料，因此需要根據電晶體的實際使用溫度對SOA進行降額。
・降額的比率使用額定損耗的降額比率。
・在連續脈衝（開關工作）的情況下，求平均功耗，並確認額定損耗在額定值範圍內。
・最終的大原則還是判斷Tj是否超過了絕對最大額定值。
・最終需要確認Tj是否超過了絕對最大額定值。
・Ta或Tc與發熱量（熱阻×功耗）的和是Tj。
＜發揮其特性的應用案例＞
・PFC（功率因數校正）是指改善功率因數並使功率因數接近1。
・PFC的方式包括單級和交錯式，交錯式可分散損耗因而熱設計更容易。
・PFC的模式包括臨界模式（BCM）和連續模式（CCM），一般大功率電路中使用CCM。
・臨界模式PFC的二極體VF對損耗影響較大，而trr對損耗的影響則較小。
・對於臨界模式控制的PFC，選用VF小的二極體可改善電路效率。
・在電流連續模式（CCM）PFC中，二極體的trr對損耗影響很大，而VF的影響很小。
・在電流連續模式控制的PFC中，選擇trr值小的二極體可改善電路效率。
・PFC部及DC/DC轉換器部的開關MOSFET的特性不同，效率也會改變，因此需要充分探討MOSFET的特性。
・在電流連續模式PFC中，將IGBT＋FRD替換為Hybrid MOSFET＋SiC SBD可提高效率。
・在該案例中，SiC SBD的高速trr特性、Hybrid MOSFET的低導通電阻＋高速開關有助於提高效率。
