引言
电力电子领域对效率日益增长的需求促使人们不断寻求最佳解决方案。电源、电机控制、可再生能源和照明技术等应用领域是快速增长的市场中的典型例子，这些市场需要能够最大限度提高经济效益的功率半导体。这意味着在静态运行以及越来越高的开关频率下，都需要最高的效率。传统的半导体结构，例如功率 MOSFET 的平面结构，通常已接近其物理极限。因此，瑞萨电子开发了一种全新的功率 MOSFET 产品线，采用所谓的超结结构。这种结构能够同时满足静态和动态运行的要求。静态和动态特性的典型参数分别是 RDSON（导通状态下的漏源电阻）和 QGD（栅漏电荷）。
功率损耗、方程和参数的基本原理。
在功率 MOSFET 中，所谓的导通电阻 (RDSON) 对损耗影响很大。
功率 MOSFET 在静态模式下的功率损耗。
在开关过程中，二极管结构中的损耗必须相加才能计算总损耗。以下公式及其近似值被应用：
通过将符号“u, U”替换为“v, V”：
二极管结构损耗：
控制器级的功率可以视为损耗。栅极负载 QG 对这些损耗影响很大。计算方法如下：
改为
因此，RDSON 和 QG 都会影响损耗。“性能因子”（FOM）一词通过乘法将这两个参数结合起来。这是一种评估效率的简便方法。.
符号“QGD”也用于表示门漏荷载。.
1. Pton：导通损耗，开关损耗，导通过程。Pton
=1/6×1×V1×tw1×f，=1/6×7.8A×84V×0.5μs×48.8kHz，=2.66W。2.
：静态损耗
=22×RDS(on)(max)×a×tw2×f，=4A×0.16W×2.0×11.5μs×48.8kHz，=2.87W。3
. Ptoff：关断损耗，开关损耗，关断过程。Ptoff
=1/6×2×V2×tw3×f，=1/6×4.0A×54V×0.3μs×48.8kHz，=0.53W。4.
Ptotal：总功率损耗。
P总=Pton+Pon+Ptoff，=2.66W+2.60W+0.53W，=5.8W。
瑞萨电子开发了一系列全新的超结功率 MOSFET（SJ-PMOSFET）。其 600V/650V 的电压范围以及 6.1A 至 55A 的电流范围，可满足大多数消费电子和工业应用的需求。低导通电阻 (RDSON) 和低增益 (QG) 值使其性能指标 (FOM) 非常出色，为设计节能电路提供了理想的基础。在静态损耗方面，该产品系列相比传统功率 MOSFET 结构具有诸多优势。在高频（> 50 kHz）下，SJ-PMOSFET 的总功率损耗甚至显著优于 IGBT。.
标准封装示例：
SJ-PMOSFET 通常构建在 N+ 衬底上。其结构由多层柱状结构组成，每层柱状结构均在低 N 掺杂材料上沉积 P 掺杂材料。多阶段外延生长工艺逐层构建这些柱状结构，逐步增加注入层的总厚度，直至达到所需的应力容限。该工艺的这一版本如下图 1（中间）所示。然而，这种生产工艺的缺点是柱状层外延生长速度相对较慢，且由于需要多次重复上述步骤，工艺较为复杂。
瑞萨电子开发了一种全新的专有超连接结构构建方法，避免了上述缺点。瑞萨电子采用深沟槽技术，这是一种通过在低掺杂N型材料中蚀刻沟槽来形成P型材料区域的生产工艺。图1（右）展示了深沟槽结构。得益于可靠的生产工艺、高精度掩模对准和掺杂，以及P型材料柱的微型化，实现了极低的导通电阻（RDSON）值和极低的内部电容，进而实现了低量子增益（QG/QGD）值。最终获得了最佳的品质因数（FOM）值。
图2展示了深沟槽结构的横截面。
该系列器件中的一款是RJK60S5DPK，其绝对最大额定电压为600V，额定电流为20A。它在静态损耗和开关特性方面表现出色。其单位面积电阻比传统设计低约52%。极低的栅漏负载（GDL）值（比传统设计低约80%）使其能够以最小的损耗实现快速开关。与传统设计相比，该器件的优势包括发热量低，从而可以实现紧凑的电路设计、使用更小的封装以及采用合适的散热器。.
该器件的衍生版本集成了一个快速恢复二极管，由于其更快的开关速度，可进一步降低开关过程中的功率损耗，从而最大限度地减少发热（图 4）。
未来几年，SJ-PMOSFET 系列将不断扩展，推出更多电流范围和更高电压版本。此外，瑞萨电子还将针对特定应用领域提供优化版本。
应用示例：电源。
电源应用可作为应用领域对效率日益增长的需求的一个例证。
该示例展示了采用同步整流的电源的电路拓扑结构（图 5）。该拓扑结构包含一个功率因数校正 (PFC) 控制电路和一个半桥电路，两者的初级侧均配备了深槽 SJ-PMOSFET。次级侧则采用了耐压为 60V 的中压功率 MOSFET。除了分立元件外，瑞萨电子还提供其他关键元件，例如 PFC IC 和同步整流 IC、用于电气隔离控制信号的光耦合器以及用于整体控制的微控制器。
所实现的SJ-PMOSFET对效率提升起到了决定性作用。
图6所示为采用本文提出的“深沟槽”SJ-PMOSFET所实现的效率提升，并与竞争对手采用外延SJ结构的产品进行了比较。
在线产品选型支持：
瑞萨电子通过重构和改进交叉引用及参数搜索支持，显著简化了产品选型流程。新增的应用支持不仅限于简单的设备选择，更能为用户带来可观的附加价值。
您可以通过以下集中式网站访问下方提供的产品选型支持： http://www.renesas.eu/products/discrete/peerguide.jsp
流程图（图 7）清晰的图形设计有助于产品选择。首先确定计划的应用和待开发的电路拓扑结构，然后点击相应的字段即可激活所需功能，例如交叉引用搜索、参数搜索或产品概览。.
交叉参考网站 http://www.renesas.eu/req/other_product_search.do?event=otherProductSearch 可帮助您找到与特定竞争对手产品最接近的瑞萨产品；网站会酌情提供多个选项。最重要的参数会直接显示，完整的数据手册也可立即下载。
不仅适用于新的 SJ-PMOSFET 产品系列，而且适用于整个产品系列。.
对于许多产品，特别是 SJ-PMOSFET，还可以下载 SPICE 参数，以便在获得样品之前模拟器件的基本行为。.
另一个产品选择工具是参数搜索工具，可通过此网站访问：
http://www.renesas.eu/req/parametric_search.do?prdCategoryKey=12&selectedConList=®ion=
在这里，您可以通过点击或移动光标来输入或选择参数，从而缩小搜索范围，找到所需产品。随后会显示相应的产品列表。.
该工具的另一个非常实用的功能是能够将方案列表导出到 Excel 表格中进行后续处理。
另一款产品选择工具则以待开发的应用及其拓扑结构为出发点，而非产品特性。这种实用方法使开发人员能够全面了解针对待开发电路拓扑结构提出的器件方案。
在线仿真支持
除了可以在我们自己的计算机上借助 SPICE 参数分析电路中 SJ-PMOSFET 的基本适用性之外，瑞萨电子还在其网站上提供了一个名为“Powere SIM”的完整仿真环境。
该工具免费提供给用户使用。例如，您可以从所选电路的拓扑结构和元件入手，模拟信号波形、频率响应、热特性、效率等等。该仿真环境正在不断改进，为用户提供了一个理想的平台，能够以最小的努力显著加快开发流程。.
摘要：
瑞萨电子凭借其基于专有深沟槽技术的新型超结功率 MOSFET (SJ-PMOSFET) 系列，在高效率功率半导体领域树立了新的标杆。该系列器件显著提升了应用效率。其完全自主研发的生产工艺确保了始终如一的高品质。
瑞萨电子为用户提供了一套全面的在线产品选型工具，所有工具均可通过其网站集中访问。基于预期电路拓扑的产品选型功能是一项全新特性，使选型过程更加高效。通过这种方式选型的产品可以直接使用免费在线工具“Powere SIM”在电路上进行仿真，从而加速开发进程。
产品识别和实施流程也得到了简化！
作者：
作者：Steffen Hering，瑞萨电子欧洲公司
A&P产品管理部
