逆變器系統(tǒng)
DC-AC逆變器廣泛用于電機(jī)驅(qū)動、UPS和綠色能源系統(tǒng)。通常，高電壓和大功率的系統(tǒng)使用IGBT，但對于低壓、中壓和高壓（12V至400V輸入直流總線）而言，通常使用MOSFET。在用于太陽能逆變器、UPS逆變器和電機(jī)驅(qū)動逆變器的高頻DC-AC逆變器中，MOSFET已獲得普及。在直流總線電壓大于400V的某些應(yīng)用中，高壓MOSFET被用于小功率應(yīng)用。MOSFET具有一個(gè)固有的開關(guān)性能很差的體二極管，該二極管通常會在逆變器橋臂的互補(bǔ)MOSFET中帶來高開通損耗。在單開關(guān)或單端應(yīng)用（例如PFC、正激或反激轉(zhuǎn)換器）中，體二極管并未正向偏置，因而可以忽略它的存在。低載頻逆變器承受著附加輸出濾波器的尺寸、重量和成本的負(fù)擔(dān)；高載頻逆變器的優(yōu)勢則是更小、更低成本的低通濾波器設(shè)計(jì)。MOSFET是這些逆變器應(yīng)用的理想之選，因?yàn)樗鼈兛梢怨ぷ髟谳^高的開關(guān)頻率下。這能減少射頻干擾（RFI），因?yàn)殚_關(guān)頻率電流分量在逆變器和輸出濾波器內(nèi)部流動，從而消除了向外流動。
針對逆變器應(yīng)用的MOSFET的要求包括：
特定的導(dǎo)通電阻（RSP）應(yīng)該較小，來減少導(dǎo)通損耗。器件到器件的RDSON變化應(yīng)該較小，這有兩個(gè)目的：在逆變器輸出端的DC分量較少，且該RDSON可以用于電流檢測來控制異常狀況（主要在低壓逆變器中）；對于相同的RDSON，低RSP可以減少晶圓尺寸，從而降低成本。
當(dāng)晶圓尺寸減小時(shí)，可以使用非箝位感應(yīng)開關(guān)（UIS）。應(yīng)該采用良好的UIS來設(shè)計(jì)MOSFET單元結(jié)構(gòu)，且不能有太多的讓步。通常，對于相同的晶圓尺寸，相比平面MOSFET，現(xiàn)代溝槽MOSFET具有良好的UIS。薄晶圓減小了熱阻（RthJC），在這種情況下，較低的品質(zhì)因數(shù)（FOM）可以表示為RSP×RthJC/UIS。3.良好的安全工作區(qū)（SOA）和較低的跨導(dǎo)。
會有少量柵漏電容（CGD）（米勒電荷），但CGD/CGS比必須低。適度高的CGD可以幫助減少EMI。極低的CGD增加了dv/dt，并因此增加了EMI。低CGD/CGS比降低了擊穿的可能性。這些逆變器不在高頻下工作，因而允許柵極ESR有少許增加。因?yàn)檫@些逆變器工作在中等頻率上，所以可以允許有稍高的CGD和CGS。
即使在該應(yīng)用中工作頻率已較低，但降低COSS有助于減少開關(guān)損耗。同時(shí)也允許稍微增大COSS。
開關(guān)期間的COSS和CGD突變會引起柵極振蕩和較高過沖，長時(shí)間后將有可能損壞柵極。這種情況下，高源漏dv/dt會成為問題。
高柵極閾值電壓（VTH）可以實(shí)現(xiàn)更好的抗噪性和更好的MOSFET并聯(lián)。VTH應(yīng)該超過3V。
體二極管恢復(fù)：需要具有低反向恢復(fù)電荷（QRR）和低反向恢復(fù)時(shí)間（tRR）的更軟、更快的體二級管。同時(shí)，軟度因子S（Tb/Ta）應(yīng)大于1。這將減小體二極管恢復(fù)dv/dt及逆變器直通的可能性。活躍的體二極管會引起擊穿和高壓尖峰問題。
在某些情況下，需要高（IDM）脈沖漏極電流能力來提供高（ISC）短路電流抗擾度、高輸出濾波器充電電流和高電機(jī)起動電流。
通過控制MOSFET的開通和關(guān)斷、dv/dt和di/dt，可控制EMI。
通過在晶圓上使用更多的絲焊來減少共源電感。
在快速體二極管MOSFET中，體二極管的電荷生命周期縮短，因而使得tRR和QRR減小，這導(dǎo)致帶體二極管的MOSFET與外延二極管相似。該特性使得該MOSFET成為針對各種不同應(yīng)用的高頻逆變器（包括太陽能逆變器）的極佳選擇。至于逆變器橋臂，二極管由于無功電流而被迫正向?qū)?，這使得它的特性更為重要。常規(guī)MOSFET體二極管通常具有長反向恢復(fù)時(shí)間和高QRR。如果在負(fù)載電流從二極管向逆變器橋臂的互補(bǔ)MOSFET轉(zhuǎn)換的過程中，體二極管被迫正向?qū)?，那么在tRR的整個(gè)時(shí)間段，電源將被抽走很大的電流。這增加了MOSFET中的功率耗散，且降低了效率。而效率是非常重要的，尤其是對于太陽能逆變器而言。
活躍體二極管還會引入瞬時(shí)直通狀況，例如，當(dāng)其在高dv/dt下恢復(fù)，米勒電容中的位移電流能夠?qū)艠O充電到VTH以上，同時(shí)互補(bǔ)MOSFET會試圖導(dǎo)通。這可能引起總線電壓的瞬時(shí)短路，增加功率耗散并導(dǎo)致MOSFET失效。為避免此現(xiàn)象，可連接外部的SiC或常規(guī)硅二極管與MOSFET反向并聯(lián)。因?yàn)镸OSFET體二極管的正向電壓較低，肖特基二極管必須與MOSFET串聯(lián)連接。另外，還必須在MOSFET與肖特基二極管組合的兩端跨接反并聯(lián)SiC。當(dāng)MOSFET反偏時(shí)，外部SiC二極管導(dǎo)通，并且串接的肖特基二極管不允許MOSFET體二極管導(dǎo)通。這種方案在太陽能逆變器中已經(jīng)變得非常普及，可以提高效率，但卻增加了成本。
飛兆半導(dǎo)體采用FRFET的UniFET II MOSFET器件是一種高壓MOSFET技術(shù)功率器件，適合以上所列應(yīng)用。與UniFET MOSFET相比，由于RSP減小，UniFET II器件的晶圓尺寸也減小，這有助于改進(jìn)體二極管恢復(fù)特性。這種器件目前有兩個(gè)版本：具有較好體二極管的F型FRFET器件，和具有市場上最低QRR和tRR的U型Ultra FRFET MOSFET。Ultra FRFET型可以省去逆變器橋臂中的SiC和肖特基二極管，同時(shí)達(dá)到相同的效率并降低成本。在這種情況下，QRR已經(jīng)從3100nC減少到260nC，并且二極管開關(guān)損耗也顯著降低。
導(dǎo)通傳播延遲、電流和電壓振鈴被減小，串聯(lián)肖特基二極管的傳導(dǎo)損耗也被消除。相比UniFET MOSFET，UniFET II器件還具有較低的COSS，因而開關(guān)損耗被減小。