中心議題：
- 快速恢復MOSFET非常適合于同步整流應用
- 介紹諧振轉換器開關的電路組成和工作原理
解決方案：
- 采用快速恢復MOSFET，減少存儲電荷
- 采用控向二極管隔離MOSFET的體二極管，消除體二極管效應
在能效規范和自愿性標準的推動下，諧振轉換器逐漸受到廣泛采用，同時同步整流輸出級的設計基礎也得到提高。本文通過兩種受益于快速恢復MOSFET使用的應用來描述帶有快速恢復體二極管的MOSFET。表面看來，采用這類MOSFET的好處局限于那些體二極管為硬開關的應用，比如硬開關逆變器拓撲。但在諧振轉換器的應用中使用無特殊處理的帶標準恢復二極管的MOSFET會導致失效率很高。此外，快速恢復MOSFET出色的體二極管特性加上高dv/dt特性使其非常適合于同步整流應用。本文將總結為什么快速恢復MOSFET有如此優勢，有時甚至在這類應用中必不可少。
諧振轉換器開關
圖1所示為零電壓開關半橋諧振轉換器中MOSFET和體二極管的傳導原理。在這種轉換器中，電流波形滯后于電壓。假設Q1開通，Q2關斷。Q1傳導諧振電流。在一定時間之后，由控制環路決定，Q1關斷。這時，諧振電流流經Q2的體二極管。在負電流期間的某一時刻，Q2導通，減小傳導損耗。當其上電壓為體二極管的正向電壓時(遠小于總線電壓)，Q2導通。這就是有效的零電壓開關。Q2中的諧振電流反向。在一定時間之后，同樣由控制環路決定，Q2關斷。當大電流流過，且Q2的電壓擺幅接近總線電壓時，這種關斷順序并非低損耗。
在這種應用中，顯然沒有體二極管強迫關斷。只要Q1關斷，Q2的體二極管就導通。當電流方向反向時，Q2的體二極管自然關斷，從而無反向恢復損耗產生。基于這種分析的話，Q1或Q2使用快速恢復MOSFET沒有什么意義。首先，它們基于額外的工藝步驟制作，成本更高。其次，它們的導通阻抗RDS(ON)一般更高。例如，FQPF5N50CF 500V快速恢復MOSFET的室溫最大RDS(ON)為1.55歐姆，而FQPF5N50C標準MOSFET只有1.4歐姆。但600V SuperFET™系列是例外，它與標準同類產品的RDS(ON)幾乎沒有差別。
移相全橋轉換器在可靠性方面的問題在九十年代后期有研究和相關報道。研究起因在于采用了這些拓撲的電源失效率令人費解地高。這種應用采用帶有標準恢復二極管的MOSFET。對標準零電壓開關諧振轉換器進行類似的分析，結果顯示體二極管的特性的確相當重要。
讓我們回到前面對諧振轉換器開關周期的解釋上，那只是簡單假設負電流期間流經Q2的所有電流都將流過通道。但實際上體二極管也傳導其中部分電流。當電流反向時，二極管要經歷花費一定時間的正常反向恢復過程。在某些不利條件下，當MOSFET加載高電壓時，體二極管仍存儲有少量電荷。在重載時，大量的初始體電荷在通道中被迅速清除。輕載時，初始體電荷很少，但清除需要長得多的時間。在某些情況下，這種少量電荷足以導致由MOSFET結構中的寄生雙極型晶體管引起的MOSFET破壞性二次擊穿。由于快速恢復MOSFET的存儲電荷要少得多，清除這些少量電荷也比帶標準體二極管的MOSFET快得多，故而上述問題的嚴重程度得以大大減小。
消除體二極管效應的方法之一是用所謂的控向二極管隔離MOSFET的體二極管。這會增加額外的組件成本和占位空間，并增大傳導損耗，首先就與使用諧振轉換器的初衷相悖。這種方法目前用于尚沒有足夠快的快速恢復MOSFET可用的諧振轉換器應用中。另一種方法是在MOSFET的柵漏極之間運用反飽和鉗位。這種方法會增加輕載時的損耗，但可減少體二極管中的存儲電荷。這種鉗位增加了額外的成本和空間開銷，而且在溫度過高時實現相當困難。對于低dv/dt的系統，還有第三種方法，即是在體二極管導通之前導通MOSFET。這對移相全橋架構是可行的，但對半橋和全橋諧振拓撲用處不大，因為存在擊穿的風險。
最好的解決方案是采用快速恢復MOSFET。600V SuperFET™技術顯示，在標準MOSFET和快速恢復MOSFET之間，導通阻抗RDS(ON)幾乎沒有變化。快速恢復MOSFET系列有從11A到47A的大范圍尺寸和封裝的產品。這些器件具有同類最佳RDS(ON)。因此，在諧振轉換器中使用這些器件有助于提高系統總體效率，同時保持穩健性。
體二極管DV/DT額定值
使用帶有快速恢復體二極管的MOSFET對同步整流器應用非常有益。在大多數應用中，二極管都必需經歷強迫換流(forced commutation)，這會導致二極管和二極管換流開關產生損耗。故快速恢復MOSFET可為這類應用提供超越標準MOSFET的優勢，因其二極管反向恢復特性更好。
另一個微妙的優勢是，較之標準體二極管MOSFET，快速恢復MOSFET的體二極管dv/dt額定值大為提高。在標準MOSFET應用中，比如驅動鉗位電感負載，當器件導通時首先是電流增大，然后漏源電壓下降，當器件關斷時出現反向過程。因此，當通道導通時，MOSFET只受dv/dt或電壓變化的影響。在同步整流器應用和某些諧振應用中，在通道關斷時，MOSFET的dv/dt很高。尤其是在同步整流器應用中，利用驅動電路確保二極管dv/dt額定值不被超過是十分重要的，否則可能導致破壞性的二次擊穿。
相比標準同類器件，快速恢復MOSFET一般都具有更高的二極管dv/dt額定值。例如，FQP44N10F 100V FRFET™快速恢復MOSFET的二極管dv/dt額定值為15V/ns，而FQP44N10標準平面型MOSFET僅為6V/ns。
對于600V的諧振應用，這種提高就更為顯著。FCB20N60F FRFET™SuperFET™的二極管dv/dt額定值為50V/ns，但標準FCB20N60的只有4.5V/ns。這兩款器件均具有190毫歐的室溫額定導通阻抗RDS(ON)。
