在70年代晚期推出MOSFET之前，晶閘管和雙極結型晶體管（BJT）是僅有的功率開(kāi)關(guān)。BJT是電流控制器件，而MOSFET是電壓控制器件。在80年代，IGBT面市，它仍然是一種電壓控制器件。MOSFET是正溫度系數器件，而IGBT則不一定。MOSFET是多數載流子器件，因而是高頻應用的理想選擇。將直流電轉換為交流電的逆變器，可以在超聲頻率下工作以避免音頻噪聲。相比IGBT，MOSFET還具有高抗雪崩能力。在選擇MOSFET時(shí)，工作頻率是一個(gè)重要因素。相比同等MOSFET，IGBT具有較低的箝位能力。在IGBT和MOSFET之間選擇時(shí)，必須考慮逆變器輸入的直流總線(xiàn)電壓、功率定額、功率拓撲和工作頻率。IGBT通常用于200V及以上的應用，而MOSFET可以用于從20V到1000V的應用。雖然飛兆半導體公司擁有300V的IGBT，但MOSFET的開(kāi)關(guān)頻率卻比IGBT高出許多。
較新型的MOSFET具有更低的傳導損耗和開(kāi)關(guān)損耗，在直到600V的中等電壓應用中正在取代IGBT.設計替代性能源電力系統、UPS、開(kāi)關(guān)電源（SMPS）和其他工業(yè)系統的工程師正不斷設法改進(jìn)這些系統的輕載和滿(mǎn)載效率、功率密度、可靠性和動(dòng)態(tài)性能。風(fēng)能是增長(cháng)最快的能源之一，一個(gè)應用實(shí)例就是風(fēng)力機葉片控制，其中使用了大量的MOSFET器件。通過(guò)迎合不同的應用需求，特定應用的MOSFET可以幫助實(shí)現這些改進(jìn)。
其它需要新型和特定MOSFET解決方案的近期應用，包括易于安裝在家庭車(chē)庫和商業(yè)停車(chē)場(chǎng)的電動(dòng)汽車(chē)（EV）充電系統。這些EV充電系統將通過(guò)光伏（PV）太陽(yáng)能系統和公用電網(wǎng)運行。壁掛式EV充電站必須實(shí)現快速充電。對于通信電源而言，PV電池充電站也將變得重要。
三相電機驅動(dòng)和UPS逆變器需要相同類(lèi)型的MOSFET，但PV太陽(yáng)能逆變器可能需要不同的MOSFET，如Ultra FRFET MOSFET和常規體二極管MOSFET.最近幾年，業(yè)界大量投資PV太陽(yáng)能發(fā)電。大多數增長(cháng)開(kāi)始于住宅太陽(yáng)能項目，但較大的商業(yè)項目正在出現：諸如多晶硅價(jià)格從2007年400美元/千克跌落至2009年70美元/千克等事件，都促進(jìn)了巨大的市場(chǎng)增長(cháng)。
正在普及的并網(wǎng)逆變器是一種將直流電轉換為交流電并注入現有公用電網(wǎng)的專(zhuān)用逆變器。直流電源由可再生能源產(chǎn)生，比如小型或大型的風(fēng)力機組或PV太陽(yáng)能電池板。該逆變器也被稱(chēng)為同步逆變器。僅當連接至電網(wǎng)時(shí)，并網(wǎng)逆變器才會(huì )工作。今天市場(chǎng)上的逆變器采用了不同的拓撲設計，取決于設計的權衡要求。獨立式逆變器采用不同設計，以按照整、滯后或超前功率因數供電。
對PV太陽(yáng)能系統的市場(chǎng)需求早已存在，因為太陽(yáng)能可以幫助降低高峰電力成本，能夠消除燃料成本的波動(dòng)性，可為公用電網(wǎng)提供更多的電力，還可作為“綠色”能源進(jìn)行推廣。
美國政府已經(jīng)設定了目標，要求國家電力的80%來(lái)自綠色能源。原因如上所述，結合美國政府的目標，PV太陽(yáng)能解決方案已經(jīng)成為一個(gè)不斷增長(cháng)的市場(chǎng)。這帶來(lái)了對MOSFET器件不斷增長(cháng)的需求。如果優(yōu)化不同拓撲的MOSFET器件，終端產(chǎn)品的解決方案可實(shí)現顯著(zhù)的效率提升。
高開(kāi)關(guān)頻率應用需要以犧牲RDSON為代價(jià)來(lái)降低MOSFET的寄生電容，而低頻應用卻要求以降低RDSON為最高優(yōu)先級。對于單端應用，MOSFET體二極管的恢復并不重要，但對于雙端應用卻非常重要，因為它們需要低tRR、QRR和更軟的體二級管恢復。在軟開(kāi)關(guān)雙端應用中，這些要求對于可靠性極其重要。在硬開(kāi)關(guān)應用中，隨著(zhù)工作電壓增加，導通和關(guān)斷損耗也將增加。為減少關(guān)斷損耗，可以根據RDSON來(lái)優(yōu)化CRSS和COSS.
MOSFET支持零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）和零電流開(kāi)關(guān)（ZCS）拓撲，不過(guò)IGBT卻僅支持ZCS拓撲。通常，IGBT用于大電流和低頻開(kāi)關(guān)，而MOSFET則用于小電流和高頻開(kāi)關(guān)�；旌夏Ｊ椒抡婀ぞ呖梢杂脕�(lái)設計特定應用的MOSFET.在硅和溝槽技術(shù)方面的進(jìn)展降低了導通電阻（RDSON）和其他動(dòng)態(tài)寄生電容，并改進(jìn)了MOSFET的體二極管恢復性能。封裝技術(shù)也在這些特定應用的MOSFET中發(fā)揮了作用。

逆變器系統
DC-AC逆變器廣泛用于電機驅動(dòng)、UPS和綠色能源系統。通常，高電壓和大功率的系統使用IGBT，但對于低壓、中壓和高壓（12V至400V輸入直流總線(xiàn)）而言，通常使用MOSFET.在用于太陽(yáng)能逆變器、UPS逆變器和電機驅動(dòng)逆變器的高頻DC-AC逆變器中，MOSFET已獲得普及。在直流總線(xiàn)電壓大于400V的某些應用中，高壓MOSFET被用于小功率應用。MOSFET具有一個(gè)固有的開(kāi)關(guān)性能很差的體二極管，該二極管通常會(huì )在逆變器橋臂的互補MOSFET中帶來(lái)高開(kāi)通損耗。在單開(kāi)關(guān)或單端應用（例如PFC、正激或反激轉換器）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(zhù)附加輸出濾波器的尺寸、重量和成本的負擔；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計。MOSFET是這些逆變器應用的理想之選，因為它們可以工作在較高的開(kāi)關(guān)頻率下。這能減少射頻干擾（RFI），因為開(kāi)關(guān)頻率電流分量在逆變器和輸出濾波器內部流動(dòng)，從而消除了向外流動(dòng)。

針對逆變器應用的MOSFET的要求包括：
特定的導通電阻（RSP）應該較小，來(lái)減少導通損耗。器件到器件的RDSON變化應該較小，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(lái)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。
當晶圓尺寸減小時(shí)，可以使用非箝位感應開(kāi)關(guān)（UIS）。應該采用良好的UIS來(lái)設計MOSFET單元結構，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（FOM）可以表示為RSP×RthJC/UIS.3.良好的安全工作區（SOA）和較低的跨導。
會(huì )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。因為這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.
即使在該應用中工作頻率已較低，但降低COSS有助于減少開(kāi)關(guān)損耗。同時(shí)也允許稍微增大COSS.
開(kāi)關(guān)期間的COSS和CGD突變會(huì )引起柵極振蕩和較高過(guò)沖，長(cháng)時(shí)間后將有可能損壞柵極。這種情況下，高源漏dv/dt會(huì )成為問(wèn)題。
高柵極閾值電壓（VTH）可以實(shí)現更好的抗噪性和更好的MOSFET并聯(lián)。VTH應該超過(guò)3V.
體二極管恢復：需要具有低反向恢復電荷（QRR）和低反向恢復時(shí)間（tRR）的更軟、更快的體二級管。同時(shí)，軟度因子S（Tb/Ta）應大于1.這將減小體二極管恢復dv/dt及逆變器直通的可能性�；钴S的體二極管會(huì )引起擊穿和高壓尖峰問(wèn)題。
在某些情況下，需要高（IDM）脈沖漏極電流能力來(lái)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起動(dòng)電流。
通過(guò)控制MOSFET的開(kāi)通和關(guān)斷、dv/dt和di/dt，可控制EMI.
通過(guò)在晶圓上使用更多的絲焊來(lái)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用的高頻逆變器（包括太陽(yáng)能逆變器）的極佳選擇。至于逆變器橋臂，二極管由于無(wú)功電流而被迫正向導通，這使得它的特性更為重要。常規MOSFET體二極管通常具有長(cháng)反向恢復時(shí)間和高QRR.如果在負載電流從二極管向逆變器橋臂的互補MOSFET轉換的過(guò)程中，體二極管被迫正向導通了，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(yáng)能逆變器而言。
活躍體二極管還會(huì )引入瞬時(shí)直通狀況，例如，當其在高dv/dt下恢復，米勒電容中的位移電流能夠對柵極充電到VTH以上，同時(shí)互補MOSFET會(huì )試圖導通。這可能引起總線(xiàn)電壓的瞬時(shí)短路，增加功率耗散并導致MOSFET失效。為避免此現象，可連接外部的SiC或常規硅二極管與MOSFET反向并聯(lián)。因為MOSFET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MOSFET反偏時(shí)，外部SiC二極管導通，并且串接的肖特基二極管不允許MOSFET體二極管導通。這種方案在太陽(yáng)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(chǎng)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(kāi)關(guān)損耗也顯著(zhù)降低。
導通傳播延遲、電流和電壓振鈴被減小，串聯(lián)肖特基二極管的傳導損耗也被消除。相比UniFET MOSFET，UniFET II器件還具有較低的COSS，因而開(kāi)關(guān)損耗被減小。

電池供電離線(xiàn)UPS逆變器
在中壓應用中，飛兆半導體的PowerTrench MOSFET技術(shù)是針對此類(lèi)逆變器的不錯的解決方案。
相比于相同MOSFET，其開(kāi)通損耗也降低了約20%，如圖5所示。該體二極管具有較低的tRR和QRR.根據表1，低QGD/QGS比提高了逆變器的可靠性。這種MOSFET技術(shù)支持離線(xiàn)UPS逆變器。

開(kāi)關(guān)電源市場(chǎng)
通過(guò)結合改進(jìn)的電源電路拓撲和概念與改進(jìn)的低損耗功率器件，開(kāi)關(guān)電源行業(yè)在提高功率密度、效率和可靠性方面，正在經(jīng)歷革命性的發(fā)展。移相-脈寬調制-零電壓開(kāi)關(guān)-全橋（PS-PWM-FB-ZVS）和LLC諧振轉換器拓撲利用FRFET MOSFET作為功率開(kāi)關(guān)實(shí)現了這些目標。LLC諧振轉換器通常用于較低功率應用，而PS-PWM-FB-ZVS則用于較高功率應用。這些拓撲具有以下優(yōu)勢：減少了開(kāi)關(guān)損耗；減少了EMI；相比準諧振拓撲減少了MOSFET應力；由于增加了開(kāi)關(guān)頻率，提高了功率密度，因而減小了散熱器尺寸和變壓器尺寸。
用于移相全橋PWM-ZVS轉換器和LLC諧振轉換器應用的MOSFET要求包括：具有較低tRR和QRR以及最佳軟度的快速軟恢復體二極管MOSFET，這能提高dv/dt和di/dt抗擾性，降低二極管電壓尖峰，并增加可靠性；低QGD和QGD對QGS之比：在輕載下，將出現硬開(kāi)關(guān)，并且高CGD*dv/dt會(huì )引起擊穿；在關(guān)斷和導通期間，柵極內部較低的分布ESR對ZVS關(guān)斷和不均勻電流分布有益；輕載下，低COSS可擴展ZVS開(kāi)關(guān)，此時(shí)ZVS開(kāi)關(guān)變?yōu)橛查_(kāi)關(guān)，低COSS將減少硬開(kāi)關(guān)損耗；該拓撲工作在高頻下，需要優(yōu)化的低CISS MOSFET.
以上應用推薦使用FRFET、UniFET II和SupreMOS MOSFET.常規MOSFET體二極管會(huì )引起失效。例如SupreMOS MOSFET FRFET MOSFET（FCH47N60NF）就適用于此拓撲，因為tRR和QRR已有改進(jìn)。另外，會(huì )引起失效的活躍二極管也已改進(jìn)。

離線(xiàn)式AC/DC
通常，AC電源經(jīng)整流輸入大電容濾波器，且從該電源抽取的電流為大振幅窄脈沖，該級形成了SMPS的前端。大振幅電流脈沖將產(chǎn)生諧波，而引起對其它設備的嚴重干擾，并減少可以獲得的最大功率。失真的線(xiàn)路電壓將引起電容器過(guò)熱、電介質(zhì)應力和絕緣過(guò)壓；失真的線(xiàn)路電流將增加配電損耗，并減少可用功率。利用功率因數校正，可以確保符合管理規范，減少因上述應力而導致的器件失效，并通過(guò)增加從電源獲得的最大功率，改進(jìn)器件效率。
功率因數校正是一種使輸入盡可能變成純阻性的方法。與典型的SMPS只有0.6到0.7的功率因數值相比，這非常令人滿(mǎn)意，因為電阻具有整功率因數。這使得配電系統能夠以最高效率運行。
功率因數控制升壓開(kāi)關(guān)的要求包括：
低QGD×RSP品質(zhì)因數。QGD和CGD會(huì )影響開(kāi)關(guān)速率，低CGD和QGD會(huì )減少開(kāi)關(guān)損耗，低RSP會(huì )減少傳導損耗。
對于硬開(kāi)關(guān)和ZVS開(kāi)關(guān)，低COSS將減少關(guān)斷損耗。
低CISS將減少柵極驅動(dòng)功率，因為PFC通常工作在100KHz以上的某個(gè)頻率。
高dv/dt抗擾能力以實(shí)現可靠運行。
如果需要MOSFET并聯(lián)，高柵極閾值電壓（VTHGS）（3~5V）可以提供幫助，并且其提供的抗擾性可經(jīng)受dv/dt狀況再次出現帶來(lái)的影響。
動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)期間，MOSFET寄生電容的突變會(huì )導致柵極振蕩，而增加柵極電壓。這會(huì )影響到長(cháng)期的可靠性。
柵極ESR非常重要，因為高ESR會(huì )增加關(guān)斷損耗，尤其是在ZVS拓撲中。
針對這一應用，推薦使用UniFET、UniFET II、常規SuperFET和SupreMOS MOSFET.FCH76N60N是市場(chǎng)上采用TO-247封裝、具有最低RDS（ON）的超級結MOSFET之一。通過(guò)SupreMOS技術(shù)，設計工程師可以提高效率和功率密度。FCP190N60是最新加入到SuperFET II系列MOSFET的產(chǎn)品。相比SuperFET I MOSFET，RSP改善了1/3，使之成為離線(xiàn)AC-DC應用的理想選擇。
次級側同步整流：同步整流也被稱(chēng)為“有源”整流，它采用MOSFET替代二極管。同步整流用于提升整流效率。通常，二極管的壓降會(huì )在0.7V至1.5V之間變化，而在二極管中產(chǎn)生較高功率損耗。在低壓DC/DC轉換器中，該壓降非常顯著(zhù)，將導致效率下降。有時(shí)會(huì )使用肖特基整流器來(lái)代替硅二極管，但由于電壓升高，其正向壓降也將增加。在低壓轉換器中，肖特基整流無(wú)法提供足夠的效率，因而這些應用需要同步整流。
現代MOSFET的RSP已經(jīng)顯著(zhù)減小，并且MOSFET的動(dòng)態(tài)參數也已得到優(yōu)化。當二極管被替換為這些有源受控MOSFET，便可實(shí)現同步整流。如今的MOSFET能夠僅有幾毫歐的導通電阻，并且可以顯著(zhù)降低MOSFET的壓降，即便是在大電流下。相比二極管整流，這顯著(zhù)地提高了效率。同步整流不是硬開(kāi)關(guān)，它在穩態(tài)下具有零電壓轉換。在導通和關(guān)斷期間，MOSFET體二極管導通，使得MOSFET的壓降為負，并引起CISS增加。由于這種軟開(kāi)關(guān)，柵極恒壓（plateau）轉變?yōu)榱�，從而有效地減少了柵極電荷。
以下是對同步整流的某些主要要求：低RSP；低動(dòng)態(tài)寄生電容：這減少了柵極驅動(dòng)功率，因為同步整流電路通常工作在高頻下；低QRR和COSS減少了反向電流，當此拓撲工作在高開(kāi)關(guān)頻率下會(huì )成為一個(gè)問(wèn)題，在高開(kāi)關(guān)頻率下，此反向電流充當了大漏電流；需要低tRR、QRR和軟體二極管來(lái)避免瞬時(shí)擊穿并降低開(kāi)關(guān)損耗。導通為零電壓開(kāi)關(guān)。在MOSFET通道關(guān)斷后，體二極管再次導通，當次級電壓反向時(shí)，體二極管恢復，這將增加擊穿的風(fēng)險�；钴S二極管可能需要在每個(gè)MOSFET上跨接一個(gè)緩沖電路；低QGD/QGS比。
采用飛兆半導體PowerTrench技術(shù)，RSP、COSS、CRSS、和QGD/QGS比均得以降低。PowerTrench MOSFET推薦用于次級有源整流。對于相同RDS（ON），PowerTrench的晶圓尺寸大約減小了30%，RSP減少了30%，因而在同步整流中降低了傳導損耗。

有源OR-ing
最簡(jiǎn)單形式的OR-ing器件是一種二極管。當OR-ing二極管失效時(shí)，將通過(guò)不允許電流流入輸入電源來(lái)對其進(jìn)行保護。OR-ing二極管允許電流僅以一個(gè)方向流動(dòng)。它們用于隔離冗余電源，因而一個(gè)電源的失效不會(huì )影響整個(gè)系統。消除單點(diǎn)失效，允許系統使用剩余的冗余電源來(lái)保持運行。然而，實(shí)現這種隔離卻有難題。一旦該OR-ing二極管插入到電流路徑中，則會(huì )產(chǎn)生額外的功率損耗和效率降低。該功率損耗會(huì )導致OR-ing二極管發(fā)熱，因而需要增加散熱器，降低系統的功率密度。當二極管關(guān)斷時(shí)，其反向恢復會(huì )成為一個(gè)問(wèn)題——該二極管必須具有軟開(kāi)關(guān)特性。為克服其中的一些問(wèn)題，已使用了肖特基二極管。這些二極管和p-n二極管之間的一個(gè)重要差異，就是減小的正向壓降和可忽略的反向恢復。普通硅二極管的壓降介于0.7至1.7V之間；肖特基二極管的正向電壓降在0.2至0.55V之間。雖然肖特基二極管在用作OR-ing二極管時(shí)，系統的傳導損耗降低，但肖特基二極管卻具有較大漏電流——這將帶來(lái)傳導損耗。該損耗低于硅二極管。
這個(gè)問(wèn)題的替代解決方案是使用功率MOSFET替代肖特基二極管。這引入了額外的MOSFET柵極驅動(dòng)器，增加了復雜性。MOSFET的RDSON必須非常小，從而該MOSFET的壓降比肖特基二極管的正向壓降低很多，這可稱(chēng)為有源OR-ing.現代低壓MOSFET的RDSON非常低——即便采用TO-220或D2PAK封裝，它也可以低至幾毫歐。飛兆半導體采用PQFN56封裝的FDS7650，對于30V MOSFET可以小到低于1毫歐。當OR-ing MOSFET導通時(shí)，它允許電流以任一方向流動(dòng)。在失效情況下，冗余電源將產(chǎn)生大電流，因而OR-ing MOSFET必須快速關(guān)斷。飛兆半導體的PowerTrench技術(shù)MOSFET也適用于這種應用。