1、超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應
高頻高功率密度開關電源為了提高效率，通常使用零電壓ZVS軟開關技術。功率MOSFET開通前，COSS電壓VDS為直流母線電壓，COSS電容儲存能量，通過外加電感L和COSS串聯或并聯，形成LC諧振電路，COSS放電，VDS諧振下降；當VDS諧振下降到0時，功率MOSFET內部反并聯寄生二極管自然導通續流，VDS電壓幾乎為0，此時，開通功率MOSFET，就可以實現零電壓ZVS開通。
功率MOSFET關斷時，直流母線電壓對COSS電容充電，VDS電壓從0開始上升；由于超結功率COSS電容非線性特性，在電壓為0時COSS足夠大，VDS電壓上升速度非常慢，dV/dT上升斜率非常小。功率MOSFET關斷后，ID電流從最大值下降到0過程中，VDS和ID電流的交疊區面積很小，關斷損耗非常小，自然形成零電壓ZVS關斷。
理論上，ZVS軟開關過程中，COSS電容充放電，基本上沒有損耗。實際應用中卻發現，功率MOSFET在ZVS軟開關過程中，COSS電容充放電過程存在一定的額外損耗，無法恢復存儲在輸出電容COSS中的全部能量，這個現象稱為超結功率MOSFET輸出電容的遲滯（滯洄）效應，其最先由美國Enphase公司工程師發現：
Coss Related Energy Loss in Power MOSFETs Used in Zero Voltage Switched Applications, J. B. Fedison, M. Fornage, M. J. Harrison, D. R. Zimmanck, Enphase Energy Inc., APEC 2014.
圖1? 文獻中的波形
2、超結功率MOSFET輸出電容的遲滯效應測量
事實上，很多陶瓷電容也具有電遲滯效應，測量電遲滯回線應用最廣泛的方法是Sawyer-Tower法，如圖1所示。其中，Cx 為待測量的電容，Co為標準電容，通常，Co的電容值遠大于Cx。
圖2? Sawyer-Tower法
超結功率MOSFET輸出電容遲滯回線的測量電路和陶瓷電容的測量電路類似，如圖2所示。其中，MOSFET柵極G和源極S連接在一起，其輸出電容為COSS，Cref 為標準電容，Cref的電容值遠大于COSS，因此，MOSFET的VDS電壓為：
其中，VY為示波器Y軸（Y通道）的電壓，VX為示波器X軸（X通道）的電壓。
圖3? 測量超結功率MOSFET輸出電容遲滯回線
MOSFET的Qoss為：
Cref電容的電壓為VX，COSS和Cref串聯，二者電流一樣，充、放電時間和電流一樣，因此，它們儲存的電荷也相同：
所以：
(a) 方波波形產生電路
(b) 方波波形圖
圖4? 測量的信號波形產生電路
將示波器測量的信號X和Y，配置成Y-Y模式，就可以得到超結功率MOSFET輸出電容的電壓和電荷的遲滯回線，如圖5所示。圖5中，縱軸Y軸為電壓VDS，測量了4個不同型號超結功率MOSFET輸出電容遲滯回線。
(a) 器件A1
(b) 器件I2
（c） 器件A3
（d） 器件A4
圖5? 不同型號的超結功率MOSFET輸出電容遲滯回線
3、超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應產生原因
超結功率MOSFET技術目前采取多層外延和深溝槽工藝，相對于平面結構，P阱下移形成P柱結構，如圖6、圖7所示。通常情況，超結功率MOSFET的COSS在充電過程中，超結N柱、P柱最初的移動載流子，會在放電過程中完全消耗盡。但是，如果在COSS充電階段，一些移動載流子被隔離滯留,也就是形成滯留電荷(Stranded Charges QSTR)，耗盡層擴展不一致，沿著N柱、P柱形成沒有耗盡的微小區域，導致充電和放電過程不一致，最終形成遲滯效應，也就是COSS充放電過程中一些能量在內部被消耗。超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應，和滯留電荷直接相關。
圖6? 多層外延結構Multiple Epi Structure
圖7? 深溝槽結構Trench Epi Structure
從圖5可以發現，超結功率MOSFET輸出電容的遲滯效應，與其漏極源極所加電壓VDS直接相關，這種效應大多發生在低壓階段，這也表明，超結功率MOSFET輸出電容的遲滯效應和超結柱狀結構在低于100V發生的三維耗盡有關。
此外，COSS的遲滯效應也和超結功率MOSFET結構相關，內部晶胞單元尺寸越小，遲滯效應越明顯。相關文獻研究表明：深溝槽結構沒有滯留電荷QSTR效應，多層外延結構具有滯留電荷QSTR效應，如圖8、圖9所示。圖8和圖9中，列出了這種結構的仿真電勢線分布圖Potential line distribution。多層外延結構在動態耗盡過程中，滯留電荷QSTR，出現在N柱和P柱的底部和頂部。
Jaume Roig and Filip Bauwens, Origin of Anomalous COSS Hysteresis in Resonant Converters With Superjunction FETs
這表明：多層外延結構MEMI(Multi implant multi epitaxy)的滯留電荷QSTR效應，比深溝槽結構TFET(Trench filling epitaxial growth)要嚴重。
圖8? 深溝槽結構Trench Epi Structure
圖9? 多層外延結構Multiple Epi Structure
4、超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應的功耗測量
為了得到超結功率MOSFET輸出電容遲滯效應所產生的功耗，可以用等效法測量。使用圖3的電路，在一定輸入電壓、工作頻率fs下穩定工作，測量超結功率MOSFET殼頂的溫升ΔT。然后，在超結功率MOSFET內部寄生二極管通過一定電流IF，使超結功率MOSFET殼頂的溫升同樣達到ΔT，測量寄生二極管壓降VF，則可以得到相應條件下，輸出電容遲滯效應所產生的功耗：
輸出電容遲滯效應所產生的能量：
