功率MOSFET系列（十）：超結MOSFET寄生電容非線性對EMI的影響分析與優化
超結MOSFET 除傳統平面MOSFET EMC問題產生原因之外，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生的重要原因，也是導致輻射發射測試不通過的重要因素之一。
圖1：超結MOSFET與平面MOSFET電容非線性對比圖
反向傳輸電容CGD即米勒電容CRSS的非線性是的，超結器件前100V內的變化幾乎達到三個數量級的。MOSFET寄生電容非線性特性就是指：當所加的偏置電壓發生改變時，電容值也會發生改變，表現出非線性的特性。
電容兩端的電壓增加時，就會形成對電容的充電電流，電容電極上的電荷量也會增加，電容兩端電壓的變化是通過兩個電極上的電荷的變化來實現。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、和介質介電常數成正比：
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，輸出電容和反向傳輸電容，隨著VDS電壓的增加而減小，當電壓增加時，和VDS相關電容的減小來源于耗盡層電容減小，耗盡層區域擴大，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
【重要知識點】
輸出電容COSS、米勒電容CRSS非線性是產生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構、材料等因素影響。
02、工藝對超結MOSFET寄生電容的影響
超結MOSFET在追求低導通電阻、更高工作頻率、更低成本的要求下，則需要降低內部晶胞單元尺寸，采用更小的封裝尺寸，降低系統成本的同時，也降低了寄生電容。內部的晶胞單元尺寸越小，就必須要求漂移層N區電流路徑的摻雜濃度更高，內部會產生更高的橫向電場，也就是更強烈的電荷平衡性，保證內部空間電荷區獲得所要求的擊穿電壓；而導致MOSFET的COSS和CRSS的電容曲線的突變電壓區將降低到更低的電壓，寄生電容的非線性更為嚴重。
不同的工藝，轉折點的電壓不同，轉折點的電壓越低，電容的非線性特性越惡劣，對MOSFET的開關特性和EMI影響也越強烈，采用新一代超結結構輸出電容COSS非線性的特性的VDS電壓區間為10V-20V之間，開關損耗更低、開關速度更快，VDS電壓在這個區間也會產生更大的（dｖ/dｔ）和（dｉ/dｔ）,造成柵極和漏極產生電壓振蕩，同時產生EMI問題。
【重要知識點】
超結結構的MOSFET采用更小的晶胞單元尺寸，導致輸出電容、反向傳輸電容轉折點的電壓進一步降低，對應的開關損耗降低，輸出電容的非線性進一步惡化。寄生電容非線性變化產生更大的（dｖ/dｔ）和（dｉ/dｔ），更加惡化EMI性能。
03、超結MOSFET EMI問題優化
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、結構共同決定，是器件自身特性，需要重新更換器件才可以改變，功率MOSFET屬于關鍵元件，變更是受嚴格管控的，在器件選型確定后，可以通過調整電路設計來優化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，具體對策為在D-S極增加RC電路來優化輸出電容COSS的非線性，在G-D極增加RC電路來優化反向傳輸電容CRSS的非線性。
【重要知識點】
對于MOSFET寄生電容非線性引起的寄生振蕩，可以通過調整柵極驅動電阻參數來優化；也可以通過MOSFET D極引腳增加串聯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。
應用于不同風資源和環境條件的大型陸地風電機組、海上風電機組
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MP9-20919J 3*54UF690VAC
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