側光式LED背光單元(BLU)功率要求
由于功耗較低、使用壽命較長，發光二極管(LED)正在穩步地替代古老的冷陰極熒光燈(CCFL)，用作液晶顯示(LCD)電視的背光源。為了給大尺寸LCD TV提供充足的亮度，背光照明需要大量串聯或并聯的LED陣列。鑒于LED的顆數和LED的串數可以減少，如今側光式(edge-lit)背光照明變得更加流行。在側光式背光照明中，需要高效且高升壓比的DC-DC轉換器來控制串聯的LED串。對于大尺寸電視的側光式背光單元，背光單元的邊緣約有36個串聯放置的LED（圖1）。
圖1 側光式LED背光單元構成示例
耦合電感升壓DC-DC轉換器
耦合電感升壓DC-DC轉換器是提供高比率電壓增益的可行性解決方案，與單級的升壓DC-DC轉化器相比，不會帶來極端的占空比，還可降低MOSFET導通損耗。這是因為通過調節耦合電感的匝比，可以使用BVDSS較低的MOSFET。如圖2所示，它在一個轉換周期中有兩種運作模式：在T0~T1期間，MOSFET開啟，輸出整流器Dout是反向偏置的，磁化電感Lm由輸入電壓源以線性方式充電儲能；當MOSFET關閉時，在T1~T2期間，所有的磁化電流從初級繞組Np被反射進入次級繞組Ns。此時，輸出整流器Dout是導通的，存儲在電感中的所有能量被傳送到輸出負載。
圖2 轉換器波形
由公式1得出電壓轉換比：
公式1
D是工作周期，n是耦合電感的匝數比：
公式2
電荷平衡技術
圖3所示為額定電壓為30V和100V的傳統溝槽MOSFET的RDS(ON)分量的比較。對于100V的器件，RDS(ON)中外延分量百分比要大得多，而利用屏蔽柵極這樣的電荷平衡技術，外延電阻可以減小一半以上，同時不會增加總體Qg或Qgd分量。
圖3 傳統溝槽技術中RDS(ON)的各個分量
圖4比較了傳統器件和屏蔽柵極溝槽器件的橫截面。后者通過整合一個屏蔽電極來實現電荷平衡，支持該電壓區域的阻抗和長度都被減小，從而大幅降低了RDS(ON)。
圖4 (a) 傳統器件 (b)屏蔽柵極電荷平衡溝槽結構
而且，屏蔽電極被置于柵極電極之下，這樣的結構把傳統溝槽MOSFET底部的大部分柵漏極電容(Cgd或Crss)轉化為柵源極電容(Cgs)。因此，屏蔽電極就將柵極電極從漏極電勢中隔離開來。
圖5比較了具有同等大小RDS(ON)的傳統MOSFET和屏蔽柵極溝槽MOSFET的電容分量，由于Crss減小，從關斷切換到導通狀態或從導通切換到關斷狀態所需的時間縮短，因而開關損耗被降至最低。特別指出，如圖6所示，減小Qgd可將器件同時加載高壓和大電流的時間縮至最短，從而減少開關能耗。
圖5 在20A RDS(ON) 5.7mΩ的相同條件下，傳統器件與屏蔽柵極溝槽器件的電容分量的比較
圖6 在20A RDS(ON) 5.7mΩ的相同條件下，傳統溝槽器件和屏蔽柵極溝槽器件在20A/50V時的Qg曲線的比較
另外，屏蔽層及其阻抗相當于一個內建緩沖電阻(Rshield)和電容(Cdshield)網絡。
耦合電感升壓DC-DC轉換器的性能提升
在用于46英寸以上側光式LED背光單元的從24V升壓至120V的耦合電感升壓DC-DC轉換器中，可以比較飛兆半導體100V額定電壓FDD86102屏蔽柵極和傳統溝槽MOSFET器件的性能。圖7顯示，采用飛兆半導體的屏蔽PowerTrench工藝，屏蔽器件具有出色的RDS(ON)和Qg性能。
圖7 FDD86102與傳統溝槽器件的比較
在圖8和圖9中，FDD86102屏蔽Power Trench MOSFET的效率至少提高了3.5%，通過將傳導和開關損耗減至最低，器件具有更好的熱性能。
圖8 效率比較
圖9 24VIN、120VOUT、300kHz、500mA IOUT條件下的熱性能比較
總結
相比傳統溝槽MOSFET技術，飛兆半導體的中等電壓屏蔽柵極PowerTrench MOSFET技術把傳導損耗和開關損耗減至最低，能夠達到更高的效率。