Блог

Sep 28, 2023

МОП-транзисторы Super Junction повышают эффективность в мире высоких технологий

В то время как мировая энергосистема с трудом справляется с ростом спроса, индустрия силовых полупроводников продолжает находить инновационные способы делать больше с меньшими затратами. Ром, Альфа и Омега-полупроводник и

В то время как мировая энергосистема с трудом справляется с ростом спроса, индустрия силовых полупроводников продолжает находить инновационные способы делать больше с меньшими затратами. Rohm, Alpha and Omega Semiconductor и Toshiba анонсировали новейшие детали в своей линейке силовых МОП-транзисторов Super Junction (SJ MOSFET), предназначенных именно для этой цели.

Если вы провели много времени с МОП-транзисторами, вы хорошо понимаете трудности RDS(on) (сопротивление между стоком и истоком во включенном состоянии). Более низкое значение RDS(on) обеспечивает меньшие потери и снижение тепловыделения при токе. Однако RDS(on) обычно увеличивается по мере увеличения напряжения, тока и скорости переключения. Разработчики многих классов оборудования, особенно в системах управления двигателями и мощностью, хотят использовать более высокие напряжения для снижения тока при той же номинальной мощности и улучшения шумовых характеристик устройства. Последующее более высокое значение RDS(on) противоречит целям эффективности.

Другим основным фактором, влияющим на потери мощности МОП-транзистора, является время переключения. В полностью выключенном или полностью включенном состоянии ток затвора фактически равен нулю. Однако при переключении устройства потребляют ток через затвор. МОП-транзисторы имеют небольшую емкость затвора, которая влияет на максимальное время переключения, потребляя ток во время зарядки или разрядки емкости затвора. Время переключения в схеме более или менее фиксировано, поэтому более высокая тактовая частота приведет к тому, что ток затвора будет потребляться в течение более высокого процента времени.

Это, кстати, одна из причин, по которой не следует оставлять неиспользуемый вход устройства MOSFET. Шум на плавающем затворе приведет к потерям тока переключения, даже если через деталь ток не проходит.

SJ MOSFET — это один из способов решения проблем RDS(on) и времени переключения. В этой статье я рассмотрю три новых МОП-транзистора SJ на 600 В от Rohm, Alpha and Omega и Toshiba.

МОП-транзисторы SJ 600 В

ID (Макс. непрерывный/импульсный)

4 А–9 А

12 А–27 А

50 А/200 А

40 А/160 А

РДС(вкл.)

510–1330 мОм

<50 мОм

<55 мОм, макс.

Трр (Время повернуть вспять)

40 нс

450 нс

Целевые приложения

Компания Rohm пополнила линейку продуктов PrestoMOS SJ MOSFET тремя новыми моделями. Устройства Rohm подчеркивают низкий уровень шума и быстрое время обратного восстановления (Trr) встроенного диода. Ром утверждает, что время 40 нс является самым быстрым из доступных Trr для МОП-транзистора на 600 В. Low Trr снижает потери при переключении примерно на 30% и снижает уровень шума.

Многие устройства, в которых раньше использовались двигатели переменного тока с сетевым напряжением, теперь используют бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) для снижения шума, снижения энергопотребления и улучшения управления. Сюда входят такие приборы, как холодильники, вентиляторы, кондиционеры и множество других устройств с малым двигателем средней мощности. В новейших версиях этих продуктов используются силовые инверторы MOSFET для создания высокого напряжения постоянного тока, в котором используются силовые инверторы на основе MOSFET и драйверы двигателей.

Например, при переключении с полностью включенного/полностью выключенного двигателя переменного тока холодильник может потреблять на 20–30% меньше электроэнергии за весь срок службы и будет иметь гораздо более низкий уровень звукового шума. Именно на этот тип применения компания Rohm нацелена с серией R60xxRNx.

Предыдущие поколения МОП-транзисторов требовали дополнительных сложных схем шумоподавления для работы на высоких скоростях. Это поколение SJ MOSFET снижает потребность в этой схеме за счет снижения шумовых характеристик на 40 дБ при скорости переключения 40 МГц, что позволяет сократить цикл проектирования и уменьшить количество дискретных компонентов.

Компания Alpha and Omega Semiconductor представила первую модель своей новой линейки SJ MOSFET на 600 В, получившую название αMOS7. AOK050V60A7 поддерживает непрерывный ток стока 50 А при 25°C и импульсный ток стока до 200 А в корпусе TO-247.

В то время как устройства Rohm, рассмотренные выше, рассчитаны на токовую нагрузку менее 10 А для двигателей и преобразователей мощности двигателей, МОП-транзисторы Alpha и Omega SJ представляют собой устройства с более высоким током, предназначенные для критически важных систем питания, таких как серверные источники питания с титановым рейтингом, электромобили. зарядное и инверторное оборудование для солнечных ферм.