我們已經介紹了MOSFET的Body Diode的結構,本篇我們將透過電壓和電流曲線,更加了解MOSFET的Reverse Recovery Operation(反向恢復操作). MOSFET的Body Diode在反向恢復期間有著相當大的損耗,即當它從正向偏置狀態到反向偏置狀態.在正向偏壓(為電流傳導)狀態下,大量的電子和電洞載子被注入到漂移層中.當Body Diode反向偏壓時,載子被掃出漂移層,直到正向電流變為零.在此過程中,會產生很大的逆向恢復電流流過Body Diode.這電流會導致很大的反向恢復損耗. 在正向恢復期間,僅發生載子注入.由於不流過大電流,因此正向恢復的損耗比反向恢復的損耗小.如下圖2所示,Body Diode的反向恢復波形. 圖二 MOSFET的反向恢復波形,(註一: TOSHIBA Reverse Recovery Operation and Destruction of MOSFET Body DiodeApplication Note.)  反向恢復是應用反向偏壓的過程.它會導致正向導通狀態的Body Diode切換到反向阻斷狀態目的是為了清除注入的載子,導致反向恢復電流流動,這個過程持續到反向恢復電流變為零.相比之下,在正向偏壓狀態下,電洞從連接到Source的P基層注入並流向Drain,而電子從連接到Drain的n+基板注入並流向Source. 反向恢復操作如下:（圖2中的#1至#4） 在#1期間:Body Diode根據外部電路條件切換到反向偏壓狀態,它是正向電流 (IF) 以 -diF/dt 的斜率下降,直到少數載子電洞注入停止且正向電流變為零.此時,n-漂移層中殘留有大量載子.-diF/dt 與體二極體特性無關,由外部電路決定施加的電壓,閉迴路電抗及導通速度等條件開關裝置. 在#2期間 :由於外部電路條件Drain電壓相對於Source電壓極性具有正電位.所以 n-漂移中剩餘的孔層被傳送到Source電極,而電子被傳送到Drain.結果,電流沿相反方向流過體二極體.產生了一個尖銳的-diF/dt斜率導致載子加速並快速離開n-漂移層,因此增加峰值反向電流.因為Drain到Source（陰極-陽極）路徑保留在低阻抗狀態,直到載子被掃出n-漂移層到一定程度，此時的Drain電壓仍然維持很低. 在#3期間:當載子離開n-漂移層時,Drain電壓在某一點開始增加,這擴大p基極和n漂移層之間的耗盡層*1. Drain-Source(陰極-陽極)路徑表現出高阻抗並承受反向電壓, 作為反向電壓增加,從n-漂移層掃出的載子數量減少. 因此,反向電流減少.此電壓斜率 (dv/dt) 與耗盡層電容成反比(Cds or Coss). 在#4期間: 即使耗盡層的寬度達到極限後,電流仍會繼續流動,直到耗盡層的寬度達到極限為止,保留在 MOSFET 單元和 n- 漂移層末端附近的載子被清除.如果沒有大的正向電流(即強載子注入),可能無法觀察到 #4 斜率. 當Body Diode從#2 切換到#3 時,電流達到峰值.該峰值電流為反向恢復電流(Irr),再來 #3(tb)的長度與#2(ta)的長度之比,為tb/ta,為反向恢復時間Trr. 具有較低 diR/dt 和dv/dt所以在 #3 期間表現出低恢復spike, Irr 和Trr (tb/ta)在 #1 和 #2 期間隨電流斜率 (diF/dt) 變化.從 #2 到 #4 期間電流的積分可表示出的電荷量,n-漂移層的電荷,我們可以稱它為反向恢復電荷(Qrr), 以上就是MOSFET Body diode 反向恢復曲線的操作介紹. |
