1. 导通电阻的降低
英飞凌(INFINEON)内建横向电场的 MOSFET 耐压有 600 V 与 800 V 两种。与常规 MOSFET 相比:相同管芯面积时导通电阻分别下降到常规 MOSFET 的 1/5、1/10;相同额定电流时分别下降到 1/2 与约 1/3。在额定结温、额定电流条件下,导通电压分别从 12.6 V、19.1 V 下降到 6.07 V、7.5 V,导通损耗下降到常规 MOSFET 的 1/2 和 1/3。由于导通损耗降低、发热减少、器件相对较凉,故称 COOLMOS(cool metal oxide semiconductor)。
2. 封装的减小与热阻的降低
相同额定电流的 COOLMOS 管芯较常规 MOSFET 减小到 1/3 与 1/4,使封装减小两个管壳规格,如表1-2 所示。
表1-2 封装与电流、电压额定值
由于 COOLMOS 管芯厚度仅为常规 MOSFET 的 1/3,使 TO-220 封装的结—壳热阻从常规的 1 ℃/W 降到 0.6 ℃/W,额定功率从 125 W 上升到 208 W,管芯散热能力提高。
3. 开关特性的改善
COOLMOS 的栅极电荷与开关参数均优于常规 MOSFET。由于栅电荷 QG、特别是栅漏电荷 QGD 减少,COOLMOS 开关时间约为常规 MOSFET 的 1/2,开关损耗降低约 50%。关断时间的下降还与 COOLMOS 内部低栅极电阻(<1 Ω)有关。
4. 抗雪崩击穿能力与短路安全工作区(SCSOA)
目前新型 MOSFET 无一例外地具有抗雪崩击穿能力,COOLMOS 同样具备。在相同额定电流下,COOLMOS 的雪崩电流 IAS 与 ID(25 ℃) 相同;但由于管芯面积减小,IAS 小于常规 MOSFET;而具有相同管芯面积时,IAS 与雪崩能量 EAS 均大于常规 MOSFET。
COOLMOS 最大的特点之一是它具有短路安全工作区(SCSOA),而常规 MOS 不具备此特性。SCSOA 的获得主要源于转移特性的变化与管芯热阻的降低。COOLMOS 的转移特性如图1-6 所示:当 UGS>8 V 时,漏极电流不再增加、呈恒流状态。特别是结温升高时恒流值下降,最高结温时约为 ID(25 ℃) 的 2 倍,即正常工作电流的 3~3.5 倍。短路状态下,漏极电流不会因栅极 15 V 驱动电压而上升到不可容忍的十几倍 ID(25 ℃),使 COOLMOS 短路所耗散功率限制在 350 V×2·ID(25 ℃) 左右,尽可能减少短路时管芯发热。管芯热阻降低可使芯产生热量迅速散发到管壳、抑制温度上升速度。因此 COOLMOS 可在正常栅极电压驱动下,于 0.6·VDSS 电源电压承受 10 ms 短路冲击(间隔大于 1 s、1000 次不损坏),像 IGBT 一样在短路时得到有效保护。
图1-6 COOLMOS 转移特性