超结MOS在高频应用中,由于其高速开关特性,容易产生较大的电磁干扰(EMI)。为解决超结MOSFET的EMI问题,可以从以下几个方面进行优化:
1. 控制开关速度
• 降低开关速度:减少开关上升和下降速度能有效降低EMI。可以在栅极和源极之间加入栅极电阻,通过调整电阻值减缓开关速度,从而减少高频噪声。
• 软开关技术:采用软开关技术(如ZVS、ZCS)可使开关器件在电流或电压接近零的情况下进行开通和关断,大大降低EMI。
多层外延工艺通过在外延层中多次掩刻和掺杂,形成了复杂的n型和p型交替区域。这种结构不仅降低了特征电阻,还显著减少了寄生电容。寄生电容是EMI的主要来源之一,因为它会在开关过程中产生高频噪声。超结MOSFET较小的寄生电容能有效降低开关损耗,提高开关速度,同时减少EMI的产生。
超结MOSFET由于具有较低的栅电容和较快的开关速度,在开关过程中产生的dV/dt和dI/dt较小,这有助于减少通过器件和印刷电路板中的寄生电容电感产生的高频噪声。此外,Semihow通过精确控制制造工艺,确保了产品的开关特性一致性和稳定性,进一步减少了EMI的产生。
2. 优化PCB布局
• 减小回路面积:高频电流路径应尽可能短并减少回路面积,以减少电磁辐射。布线时,将高频开关路径尽量靠近接地面,缩小耦合面积。
• 增加去耦电容:在电源输入端和MOSFET附近添加去耦电容(如陶瓷电容)以减少高频尖峰和振荡的传导干扰。
• 隔离敏感信号:确保功率级和控制级之间有足够的空间隔离,避免电磁干扰信号耦合到控制信号上。
3. 使用合适的驱动电路
• 栅极驱动电阻:选用合适的栅极电阻值(通常为10~100Ω),以平衡开关速度和EMI之间的关系。过低的电阻会增加EMI,过高的电阻则影响开关速度和效率。
• 栅极驱动电压:控制驱动电压避免过高,因为过高的驱动电压会使开关速度加快,产生更大的EMI。通常建议驱动电压在MOSFET的额定范围内,且不要超出设计要求。
4. 加入EMI滤波器
• 共模滤波器:在输入和输出端增加共模滤波器(如共模扼流圈、共模电感),可以抑制共模噪声。
• 差模滤波器:在MOSFET的电源和负载路径上增加差模滤波器(如电解电容或陶瓷电容)可以有效降低差模噪声。
• 铁氧体磁珠:在高频噪声源附近的电源线上增加铁氧体磁珠,可以有效抑制高频噪声传播。
5. 增加散热和屏蔽
• 屏蔽罩:为MOSFET及其附近的电路加装屏蔽罩,以阻挡电磁干扰的辐射传播。
• 热管理:超结MOSFET在高速开关时会产生大量热量。良好的散热设计可以保持器件在稳定的温度下工作,从而减少温度对开关性能的影响,间接降低EMI问题。
6. 使用抗干扰材料和优化封装
• 使用吸波材料:在高频电磁干扰源附近放置吸波材料,可吸收一部分电磁波,减少干扰。
• 选择合适封装的MOSFET:不同封装类型的MOSFET在EMI特性上有差异。优先选择具备低寄生参数(如低寄生电容、寄生电感)的封装,可以有效减少干扰。
7. 仿真与测试验证
• EMI仿真:在设计阶段进行电磁兼容性仿真(如时域和频域的电磁干扰分析),提前评估EMI特性并优化。
• 实测优化:在测试阶段,通过EMI测试仪和示波器测量实际的EMI指标,找出主要的噪声源,并进行相应优化。
通过以上方法可以有效解决超结MOSFET的EMI问题,从而提升电路的电磁兼容性和系统的整体性能。