对一个三引脚器件而言，每一个开关周期（开通或关断），源极配线的杂散电感加上开关电流斜率会产生一个与MOSFET驱动电压信号（VGS）相反的电压信号。此电压信号减缓了开关速度，增加了每个周期的开关损耗。开尔文源极的引入允许该驱动信号，也就是指到开尔文源极的驱动网络从功率路径分离开。在这种情况下，有可能获得一个不受功率路径上非常大的和快速变化的电流的任何干扰的驱动信号。其结果是减少晶体管的总功率损耗，获得较低的工作温度，而且更可靠和更持久的电源系统。

图1.封装和电气符号（4PIN脚）

TO-247-3与TO-247-4两种封装类型介绍

TO-247-3封装的MOSFET类型如图2所示，通常包含栅极、漏极和源极三个管脚，TO-247-3封装中，驱动回路和功率回路共用了源极的管脚。MOSFET是一个电压型控制的开关器件，其开通关断行为由施加在栅极和源极之间的电压（通常称之为VGS）来决定。

图2  传统TO-247-3封装的MOSFET类型

从图2模型来看，有几个参数是我们需要特别关注的，因为它对器件的开通关断行为有着非常大的影响。Rg_ext是用户可以用来调整分立器件开通关断的外部电阻，Rg_int是芯片内部的栅极电阻，两者之和称为器件的栅极电阻。门极回路杂散电感Ltrace是驱动回路PCB布局时引入的，而杂散电感Lsource则是封装管脚源极到芯片内部带来的寄生电感。对于漏极到芯片背面的寄生电感Ldrain并没有在驱动回路中，因此不在分析的范围中。

图3  新的TO-247-4封装的碳化硅MOSFET模型

TO-247-4封装的碳化硅MOSFET模型如图3所示，我们发现这种封装的管脚数及其管脚定义发生了很大的变化。TO-247-4封装相比于TO-247-3，多了一个辅助源极管脚，也称为开尔文管脚。同时，这种封装形式将驱动回路和主功率回路解耦开，有利于驱动板的布局设计。

从数据的角度去分析：相同功率下不同pin脚对开关损耗的影响

（1）从图4可知红色条状图为3PIN脚开关损耗，相同功率下4PIN脚损耗较小当功率增加,电流值增加时, 4引脚方案具有更大的影响。具体地说，开通损耗的减小是始终存在的，随着功率的增加，而在关断损耗上的降低也更加明显。因此在整个功率范围内，新的解决方案都有优势，并且市场一直在寻求节能方案， 它允许实现新的散热和效率的目标。 

图4.3PIN和4PIN开关损耗对比图

TO-247-4辅助源极引脚引入的优势

下面以瞻芯电子推出的1200V 80mΩ的碳化硅MOSFET两种封装的典型产品IV1Q12080T3（TO-247-3）和IV1Q12080T4（TO-247-4）为例，从理论上来解释TO-247-4中辅助源极管脚的技术逻辑，并解释两者开关损耗的差别。

（1）开通过程分析

图5. MOSFET开通过程分析

在MOSFET器件的开通过程，其模型如图5所示，其数学模型如下：

以TO-247-3为例，在MOSFET开通过程中，漏极电流ID迅速上升，较高的电流变化率在功率源极杂散电感Lsource上产生正压降LSource*(dID)/dt（上正下负），该电压降使得MOSFET芯片上的门极电压VGS_int在开通的第一瞬间并不是驱动电压的数值，而是要减掉Lsource上产生的电压。所以开通瞬间的门极电压是少了一截的，这导致ID的上升速度减慢，Eon因此而增大。而对于IV1Q12080T4（TO-247-4），门极回路中没有大电流穿过，所以没有来自主功率回路的扰动，芯片的门极能正确地感受到驱动电压。因此，与IV1Q12080T3（TO-247-3）相比，IV1Q12080T4（TO-247-4）开通损耗会更低。

（2）关断过程分析

图6. MOSFET关断过程分析

在MOSFET器件的关断过程，其模型如图6所示，其数学模型如下：

以TO-247-3为例，在MOSFET关断过程中，漏极电流ID迅速下降，较高的电流变化率在功率源极杂散电感Lsource上产生负压降LSource*(dID)/dt（上负下正），该电压降使得MOSFET芯片上的门极电压VGS_int在关断的第一瞬间并不是驱动电压的数值，而是要增加Lsource上产生的电压。所以关断瞬间的门极电压是减小比较慢的，这导致ID的下降速度减慢，Eoff因此而增大。而对于IV1Q12080T4（TO-247-4），门极回路中没有大电流穿过，所以没有来自主功率回路的扰动，芯片的门极能正确地感受到驱动电压。因此，与IV1Q12080T3（TO-247-3）相比，IV1Q12080T4（TO-247-4）关断损耗也会更低。

小结

引入了辅助源极管脚成为TO-247-4封装的碳化硅MOSFET，避免了驱动回路和功率回路共用源极线路，实现了这两个回路的解耦。同时，TO-247-4封装的开关器件由于没有来自功率源极造成的栅极电压衰减，使得碳化硅MOSFET（TO-247-4封装）的开关速度会比TO-247-3封装的更快，开关损耗更小。