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GreenMOSTM 高压超级结

MOSFET 应用调试手册

GreenMOSTM应用调试手册 V1.0

苏州东微半导体有限公司版权所有 www.orientalsemi.com 2 / 20

目录一、功率 MOSFET 与超级结 MOSFET 原理介绍 ............................................................................ 3

二、GreenMOSTM特点介绍 ............................................................................................................... 5

1. Soft Switching（软开关） ..................................................................................................... 5

2. Shorter Miller Plateau（短密勒平台） ................................................................................. 6

3. Low FOM（低优值） ............................................................................................................. 6

三、GreenMOSTM应用调试 ............................................................................................................... 7

1. 替换 VDMOS 注意点 .............................................................................................................. 7

2. GreenMOSTM替换 VDMOS 的应用案例 ................................................................................ 7

3. GreenMOSTM调试注意事项 .................................................................................................. 15

4. EMI 调试注意事项 ................................................................................................................ 19



一、功率 MOSFET 与超级结 MOSFET 原理介绍

金属-氧化层-半导体场效应晶体管(MOSFET)是集成电路设计中的基本单元，它的

电路符号和器件结构如图 1 所示。典型 n 沟道 MOS 器件具有 4 个电极，并连接不同的

电压偏置。一般情况下源极和衬底极接低电位，比如接地。不工作时器件处于截止状

态，此时器件的源极和漏极之间没有导电通道，相当于开关的断开状态。当栅极加上

一个大于 Vgs(th) 的正电压后，栅极氧化层下方的 p 型衬底表面会产生反型层，即导通

沟道。沟道连通了器件源极和漏极，此时 nMOS 相应的处于了导通状态。栅极电压越

高，导通越充分。

图 1 MOSFET 基本结构图 2 VDMOS 示意图

中高压功率 MOSFET 通常采用垂直沟道结构，如图 2 所示，器件的漏极在芯片底

部，源极在芯片顶部，整个器件呈垂直结构放置。这种结构被称为 Vertical Double-

diffusion MOS (VDMOS)。从结构上看 VDMOS 的漏极从原来的表面位置移到了器件的

底部，漏极电流也相应从器件的底部流到器件的表面，变成了垂直型器件。漏极电流

与沟道之间的区域是漂移区，是高压功率器件用来的耐压主要部分。漂移区越厚且漂

移区电阻率越低，则耐压越高，而与此同时器件的导通电阻相应的也就越高。这是因

为 VDMOS 的 Rdson 与 BVdss 的 2~2.5 次方成正比。即公式 1：

Rdson = a* BV2~2.5

采用超级结 MOSFET 可以打破这个限制，基本结构如图 3 所示。它和 VDMOS 相

比最大的区别就是在 pbody 下方加入了 p 柱，使漂移区中出现了交替的 pn 结结构。利

用相邻的 pn 柱之间相互耗尽的原理，将漂移区的浓度可以提升，使得器件导通时电阻

率降低。而在关态时，p 柱和 n 柱之间可以相互耗尽，使耗尽区尽量扩大，维持了较高

的耐压，由此打破了公式 1 的硅极限，使导通电阻与击穿电压达到近似线性的关系，

显著提高了器件的性能。



图 3 SJ VDMOS 示意图

相对于普通 VDMOS 器件，超级结功率器件的速度更快，FOM 更低，但是也会带

来其他的一些负面问题，比如高 di/dt & dv/dt 造成的栅极振荡及 EMI 问题。因此，超

级结的设计十分讲究，设计不当则容易导致芯片的震荡而使器件出现 EMI 超标的问题。



二、 GreenMOSTM特点介绍

GreenMOSTM 系列产品是东微半导体推出的一种新型超级结（Super-Junction）功

率器件。Green 即“绿色”之意，意喻 GreenMOSTM自身为高品质的“绿色”产品，采

用 GreenMOSTM可以实现绿色设计并获得绿色能源产品。 GreenMOSTM系列产品额定电

压范围为 500~800V，覆盖了最小 1A 至最大 76A 以及不同封装类型的总共近百种芯片

规格。由于采用了东微半导体的多项自主专利技术，GreenMOSTM 系列产品成功克服了

常规超级结所存在的低成品率、EMI超标等等难题，性能达到甚至超过了国际一流品牌

的水平，大幅领先于一般功率器件供应商。相对于其他公司的超级结器件，东微半导

体的 GreenMOSTM具有“快而不震”的优点，其显著特点如下所述：

1. Soft Switching（软开关）

GreenMOSTM 对常规超级结功率器件的制造流程进行了多项优化设计，使器件内部

的杂质分布及电容更适合于外部电路的高速开关动作，减小了纹波噪音和电压尖峰，

由此所得到的开关波形更加平滑，如图 4 所示，开关期间的栅极震荡更低，有利于 EMI

的改善。

图 4 常规超级结 MOS 与 GreenMOSTM开关过程

Id abrupt change

Id out of control oscillation

Soft switching

Smooth waveform

Conventional super-junction MOSFET soft-trench SJMOS



2. Shorter Miller Plateau（短密勒平台）

密勒(miller)电容即 Cgd，是影响超级结功率器件的重要本征参数，多个重要参数

如动态损耗，Qg， tr，tf 等与之相关。米勒电容反映在开关波形上是为密勒平台的表

现。如图 5a 所示。GreenMOSTM 系列器件采用了特殊的设计方法，单位面积下的 Cgd

值比常规超级结功率器件降低了 1/3 以上，从而获得更快的开关时间和更小的 Qg。

图 5a Turn on 过程 miller 平台示意图

图 5b GreenMOSTM 2MHz 高频开关特性

3. Low FOM（低优值）

FOM(Figure of merit)是衡量功率器件设计优劣的重要标准，计算公式为 Rdson*Qg，

FOM越小表明器件的性能越佳。GreenMOSTM系列优化了器件的制造流程和设计，一方

面通过独特的设计方法降低了 Qg，另一方面在保持 Low Qg 的同时通过优化器件制造

流程使得器件的比导通电阻更小，从而降低了 GreenMOSTM的开态电阻。这两方面相辅

相成使 GreenMOSTM具备了业内领先的 FOM 值，其优秀的 FOM 特性使 GreenMOSTM的

动态损耗可降低到常规超级结器件的 2/3，同时也支持 2MHz 的开关频率。开关速度甚

至接近了高端的第三代半导体器件 - 高压 GaN 功率器件 (见图 5b)。



三、 GreenMOSTM应用调试

1. 替换 VDMOS 注意点

GreenMOSTM 系列 MOSFET 具有极低的 FOM（Qg*Rdson）和栅极电容以降低开关

损耗。同时，其特殊的器件设计使传统超级结 MOSFET 的开关震荡大大缓解，提高了

系统 EMI 的余量。在某些系统上替换传统 VDMOS 时应注意以下事项：

1) 东微半导体运用其独特的专利技术，大大降低了 GreenMOSTM 的栅电荷（Qg），

提高了开关效率。由于 GreenMOSTM 的开关速度远远超过传统的 VDMOS，在替换

VDMOS 时，可以适当增大栅极驱动电阻的值(2-10 倍)，以降低开关的速度，从而降低

栅极震荡、电压脉冲尖峰和纹波噪音等。

2) 由于 GreenMOSTM 在器件级做了特殊优化，其 EMI 余量优于普通的超级结

MOSFET。由于其极低的开关损耗，在增大栅极电阻后，系统仍可保持比 VDMOS 更高

的效率，更低的温升且成本不会增加。

2. GreenMOSTM替换 VDMOS 的应用案例

由于 GreenMOSTM具有较快的开关速度，替换传统 VDMOS 时，通过适当增大驱动

电阻，以降低开关速度，使其开关速度接近于传统 VDMOS，可以顺利通过 EMI。

案例 1）50W TV 电源应用

电源电气特性：

输入电压范围：90Vac~264Vac，输出负载：12V/2A&54V/480mA

MOSFET 静态参数特性

Vendor Part No. Rds(on) Vth(V)

IPS ITA08N65A 0.84ohm 2.996

OSG65R900F 0.85ohm 2.345

调试步骤：

步骤 1）首先，在驱动电阻与传统的 VDMOS 一致时，观察波形，可以从下图看到

GreenMOSTM 开关速度明显快于传统的 VDMOS，应用系统的效率及温度优于传统的

VDMOS，但是 EMI 余量有待改善。因此进入第二步调试步骤。



图 6 MOSFET 驱动参数

ITA08N65A

Ton:R930:47R+R931:10R

Toff:R931:10R+D909

OSG65R900F

Ton:R930:47R+R931:10R

Toff:R931:10R+D909

输入电压：90Vac，输出负载：12V/2A&54V/480mA，MOSFET 关闭波形

CH1:VGS CH2:VDS CH3:ID DS-TRISE TIME:76ns CH1:VGS CH2:VDS CH3:ID DS-TRISE TIME:48.4ns

步骤 2）进一步调试：调整图 6 所示参数，增大开启栅极电阻 R930 与关闭栅极电

阻 R931 的阻值以获得更佳的 EMI 余量；增大 GreenMOSTM 驱动电阻，使得与传统的

VDMOS 开关速度一致时，更容易通过 EMI



ITA08N65A

Ton:R930:47R+R931:10R

Toff:R931:10R+D909

OSG65R900F

Ton:R930:275R+R931:100R

Toff:R931:100R+D909

输入电压：90Vac，输出负载：12V/2A&54V/480mA，MOSFET 关闭波形

CH1:VGS CH2:VDS CH3:ID DS-TRISE TIME:76ns CH1:VGS CH2:VDS CH3:ID DS-TRISE TIME:64ns

步骤 3）对比效率及温升

图 7 效率对比曲线

温度测试

测试条件：

输入电压: 220Vac；

输出负载: 12V/2A&54V/480mA；

环境温度: 25 度

测试结果, GreenMOS TM具有更低的温升表现



Location SPEC

(℃)

Derating

SPEC Type. 220Vac/50Hz Result

Q1 150 127.5

ITA08N65A

Ton:57, Toff:10 89.5(2hrs) PASS

OSG65R900F

Ton:375,Toff:100 85.1(2hrs) PASS

步骤 4）进行 EMI 测试。

输入电压：230Vac/50Hz，输出负载：满载

辐射数据如下表

原方案：ITA08N65A

TON:R930:47R+R931:10R,

TOFF:R931:10R+D909

新方案：OSG65R900F

TON:R930:275R+R931:100R,

TOFF:R931:100R+D909

Horizontal Horizontal

Vertical Vertical

从上表可见，经过调试后，GreenMOSTM的 EMI 稍微优于 VDMOS 的 EMI 余量（此

原系统是 TV 电源板，板级 EMI 测试会超标，内置到 TV 系统后 EMI 顺利达标）



案例 2：65W 适配器电源

电源电气特性：

输入电压范围：90Vac~264Vac，输出负载：19V/3.42A

MOSFET 静态参数特性

Vendor Part No. Rds(on) Vth(V)

TOSHIBA 2SK2843 0.544Ω 2.776

OSG65R580F 0.512Ω 3.056

依照上一个 TV 电源 EMI 调试的步骤进行调试，适当增大开启栅极电阻与关闭栅极

电阻后，对比结果如下：

a、效率

图 8 效率对比曲线

b、开关波形

图 9 MOSFET 驱动参数



K2843

R9:10R, R10:47R

OSG65R580F

R9:150R, R10:620R

输入电压：90Vac，输出负载：19V/3.42A，MOSFET 关闭波形

CH2:VGS CH3:VDS CH4:ID

GS-TFALL TIME:217ns DS-TRISE TIME:36ns


GS-TFALL TIME:251ns DS-TRISE TIME:37ns

输入电压：90Vac，输出负载：19V/3.42A，MOSFET 开启波形


GS-TRISE TIME:1.428us DS-TFALL TIME:42.5ns


GS-TRISE TIME:1.676us DS-TFALL TIME:69ns

输入电压：264Vac，输出负载：19V/3.42A，MOSFET 关闭波形




GS-TFALL TIME:243ns DS-TRISE TIME:50.5ns


GS-TFALL TIME:248.5ns DS-TRISE TIME:45.5ns

输入电压：264Vac，输出负载：19V/3.42A，MOSFET 开启波形


GS-TRISE TIME:1.258us DS-TFALL TIME:44ns


GS-TRISE TIME:1.665ns DS-TFALL TIME:88ns

c、温度

测试条件：

输入电压：90Vac/264Vac

输出负载：19V/3.42A

环境温度：25 度

测试结果：GreenMOSTM温升有更大优势

Location SPEC

(℃)

Derating

SPEC Type. 90Vac/60Hz 264Vac/50Hz Result

Q1 150 127.5

K2843

R9:10R, R10:47R 89.4 71.3 PASS

OSG65R580F

R9:150R, R10:620R 83.1 67.8 PASS



d、 EMI（辐射）

输入电压：230Vac/50Hz，输出负载：满载，辐射数据如下，通过测试。

K2843

R10:47R, R9:10R

OSG65R580F

R10:620R, R9:150R


Vertical Vertical



案例 3： 18W 充电器

EMI（辐射）

输入电压：230Vac/50Hz，输出负载：满载，通过测试。

4A VDMOS

DIP

OS 2A GreenMOSTM

SOP


3. GreenMOSTM调试注意事项

1）静电防护

加强静电防护措施，防止栅极和源极之间人为导致的 ESD 失效，以免在产品开机

之前 GreenMOSTM已经失效，导致开机炸机。

2）泄放电阻

在实际应用中，在 GreenMOSTM 栅极与源极并联泄放电阻，工程一般应用阻值为

10kohm，如图 10 所示电阻 R2。

图 10



3）雪崩失效

电流电压冲击导致的雪崩失效的调试方法：

如果在漏极、源极外加的额定浪涌电压到达击穿电压 BVdss 时，GreenMOSTM可以

承受一定量的冲击，抗冲击的能量参加规格书中的 EAS 值与 EAR 值。过大的冲击能量

会使 GreenMOSTM 失效。在开关机、热插拔、短路时这些情况下，冲击电压不应超过

GreenMOSTM额定参数 BVdss 的最小值，一般降额情况下，稳态时关断后的最大电压不

能超过额定电压的 80% ~90%。

减小冲击电压的注意事项：

a、大电流的路径尽量使用粗短布线，减小环路面积，降低寄生电感

b、适当增大栅极电阻或者在漏极与源极间增加高压电容，抑制 dv/dt

如图 11 所示，为较小的栅极驱动电阻，开机瞬态时，Vds 最大电压超过应用元件

的额定击穿电压 BVdss 650V，存在失效风险。增大栅极电阻后，问题得到解决。

图 11

c、调整 RC 吸收电路，且在布线时，尽量减小环路面积，靠近 GreenMOSTM 的漏

极、源极，如图 12 所示



图 12

d、调整 RCD 吸收电路，且在布线时，尽量减小环路面积，靠近 GreenMOSTM的漏

极、变压器的一端，如图 13 所示

图 13



4）安全工作区域（SOA）

超出元件最大额定值的漏极电流 Id、漏极与源极电压 Vdss、容许沟道损耗的功率

Pw，即大多数元件的失效是由超出安全工作区域引起发热而导致的。发热的原因分为

连续性原因和过度性原因。

a、连续性原因：外加直流功率导致损耗引起的发热，通态电阻 Rds(on)损耗以及

漏电流 Idss 引起的损耗

b、过度性原因：脉冲电流超出安全工作区域、负载短路时超出安全工作区域、开

关损耗、体二极管 Trr 的损耗，以上都与温度具有相关性。

寄生电感和寄生电容产生大的 L*dI/dt 及 C*dV/dt，也会严重影响 GreenMOSTM的安

全。因此对栅极驱动电路寄生参数，漏极电路寄生参数，漏极与栅极之间的寄生参数

要严格控制，保证 GreenMOSTM工作在安全工作区域内。

5） GreenMOSTM并联应用

高速器件并联应用时需注意动态均流及栅极同步及栅极震荡，注意事项：

a、PCB 布线时，要求具有较低的寄生电感及寄生电容

b、每个 GreenMOSTM 栅极走线长度及宽度相同，且每个 GreenMOSTM 具有独立的

驱动电阻，如下图 14 所示。

图 14

c、选择 Vth 较高的 GreenMOSTM，以免震荡引起单颗 GreenMOSTM误导通

d、由于寄生电感及寄生电容引起栅极有明显的震荡时，建议在栅极套铁氧体磁珠

抑制栅极震荡。



4. EMI 调试注意事项

1) 代替普通 VDMOS 时，如果是采用单个栅极电阻来驱动 MOSFET，可以增大驱

动电阻，需要和效率的下降进行平衡，如图 15 所示。

图 15

a、GreenMOSTM电流在 2A~4A 之间时，驱动电阻增大的大致范围 10Ω~100Ω

b、GreenMOSTM电流在 5A~20A 之间时，驱动电阻增大的大致范围 75Ω~150Ω

2) 代替普通 VDMOS 时，如果采用最常见三极管或者二极管快速关闭的方式，可

以将开启的栅极电阻增大，关闭的电阻也需要适当增大。

图 16 图 17

a、图 16 驱动方式，GreenMOSTM电流在 2A~4A 之间时，电阻 R1+R2 增大的大致

范围 10Ω~100Ω，电阻 R1 增大的大致范围 10Ω~100Ω

b、图 16 驱动方式，GreenMOSTM电流在 5A~8A 之间时，电阻 R1+R2 增大的大致


c、图 16 驱动方式，GreenMOSTM电流在 8A~20A 之间时，电阻 R1+R2 增大的大致


d、图 17 驱动方式，GreenMOSTM电流在 2A~4A 之间时，电阻 R1 增大的大致范围

10Ω~100Ω，电阻 R2 调试的大致范围 10Ω~100Ω

e、图 17 驱动方式，GreenMOSTM电流在 5A~8A 之间时，电阻 R1 增大的大致范围

150Ω~750Ω，电阻 R2 增大的大致范围 75Ω~200Ω

f、图 17 驱动方式，GreenMOSTM电流在 8A~20A 之间时，电阻 R1 增大的大致范围

100Ω~200Ω，电阻 R2 增大的大致范围 75Ω~150Ω



3) EMI 进一步调试

a、若调试驱动电阻后，EMI 裕量依然不足，可以在 GreenMOSTM的 Source 脚套磁

珠、调整 RCD 吸收电路参数及在吸收电路的二极管脚套磁珠、D-S 2 脚间并联高压电

容（51pF/1000V 或者 100pF/1000V）。

b、调整变压器的绕制顺序，如将动点做为起绕点进行绕制。

4) 代替普通平面 MOSFET 时，若之前采用图腾柱方式驱动 MOSFET，使用

GreenMOSTM时，可以省掉图腾柱驱动元件，采用单一电阻或者快速关闭的驱动方式。

注意事项：以上驱动电阻的参数范围，只供参考，实际应用中，受应用拓扑结构、

PWM 芯片驱动能力大小、驱动方式、效率、温度、EMI、PCB Layout 布局等因素影响，

都需要通过实际情况做适当的调试，即使相同参数的 GreenMOSTM，在不同的应用领

域，驱动电阻的参数也不同。

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