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无铅MOSFET功率器件可实现接近gan的开关损耗

2017年2月14日,
现代半导体促进更快的切换速度和更低的损耗,以支持设计师。一种新的无铅电源包可以降低导通电阻,并提供接近“gan类”开关损耗,在硬开关应用方面迈出了重要的一步。

新推出的SMD功率半导体支持快速开关,并减少与TO - 220或TO - 247等封装上的长引线相关的寄生电感。然而,从历史上看,smd的热管理挑战是困难的。

这在大功率PFC(功率因数校正)电路中尤其如此,这也是TO - 220和TO - 247封装在这类应用中仍然被许多工程师首选的主要原因。现在,最新推出的无铅(收费)套餐(图1)匹配最新一代的超结MOSFET技术,提供了迁移甚至高功率PFC电路到SMD解决方案的机会。

1.用于电源应用的to - lead - less (TOLL) SMD包。

考虑在打包方面的改进以交付实际应用程序的好处也是很重要的。这就是收费套餐的作用所在。TOLL是最近开发的SMD封装,优化用于高功率、高电压和高可靠性的应用。虽然是新的,但它受益于低压和中压版本的经验,这些版本已经成功地应用于各种工业和汽车应用。

TOLL封装的小尺寸是现代、密集的SMPS设计的理想选择,其中高电流能力和低热电阻(RTHJC)可以减少废热。这使得设计者能够开发出更高效的系统。由于TOLL器件没有引线,因此可以消除像TO - 247这样的引线封装中抵消驱动电压并降低效率的寄生器件。

CoolMOS七国集团(G7)

包装在英飞凌技术公司的CoolMOS工艺中非常重要,该工艺是一项经过验证的技术,自1999年推出新颖的排水结构以来,已经从大量的发展中受益。在过去16亿台CoolMOS机组的出货中,仅发生了38次故障,这一事实说明了这项成熟技术的内在品质。

2.CoolMOS C7与G7的EOSS比较。

G7硅技术是对2013年初取代CoolMOS CP的650 V CoolMOS C7的改进。其主要特点之一是Eoss的还原。对于硬开关应用(如PFC),每次设备打开一个正门信号时,这种能量被转换成热,成为浪费的能量。

所示图2, G7达到降低15%的EOSS(存储在输出电容中的能量)相比于C7,而C7本身与早期技术相比降低了50%图3显示EOSS改进C7流程。

在33 mΩ, mosfet在新设备家族提供最低可用的RDS(上)适用于任何650 V SMD器件。这使得它们成为高功率、硬开关PFC以及低开关和传导损耗主导的桥整流更换的理想选择。

虽然较低的问G提供较低的门驱动损失,QGD对开关过渡时间和损耗有重要影响。图4显示了基于195个mΩ和105个mΩ器件的650 V CoolMOS C7和G7的门电荷比较。应该注意的是,不可能比较33个mΩ设备,因为没有可比的设备可用。

从图中可以很清楚地看出,新技术提供了大约15 - 20%的低栅电荷,因此切换速度更快,开关损耗显著降低,从而提供了现代电源设计所需的性能。

3.C7工艺大大降低了EOSS造成的损失。

在硬交换应用中,如传统的PFC拓扑,EOSS每次MOSFET开关都会损失能量。使用高频设备来减小尺寸会增加EOSS.因此,E的减少OSSG7器件中的能量为快速开关PFC电路带来了更大的节能和更高的效率。

为了说明这一点的影响,CoolMOS G7的开关损耗被降低了,这样一个105 mΩ的器件显示出与上一代技术中的125 mΩ器件相同的开关损耗。现在可以使用(同样的功率范围)较低的RDS(上)装置以降低总功率损耗的同时保持相同的轻载效率。

在制造业方面也有优势。完全无铅包装具有MSL1评级,便于在车间处理,并与波峰和回流焊接兼容,促进高水平的灵活性。此外,镀锡引线的特点是在PCB焊盘旁边有一个梯形槽。这保证了润湿,意味着光学检测系统的接头是完全可见的,确保了成品的质量。

4.CoolMOS C7与G7的门电荷比较。

CoolMOS G7在TOLL包装

将650v CoolMOS G7与TOLL封装结合在一起,为电源设计师提供了一个非常强大的技术组合。这一代mosfet的优点将对前沿电源设计做出重大贡献。然而,半导体技术只是故事的一部分。

增强型MOSFET技术降低了开关损耗,因此可以在更高的开关频率下使用。这使得磁性元件的尺寸得以缩小,从而减少了形状因素,降低了总体成本。

TOLL SMD包提供4针Kelvin Source功能,以优化开关行为。最低的RDS(上)在TOLL包中提供的是33 mΩ,而在to - 220或D中提供了45 mΩ的顶级C7技术2巴基斯坦人。

热电阻(RTHJC)是衡量设备冷却性能的一个非常重要的指标。CoolMOS G7设备在同样的RDS(上)与传统包装相比,如D2巴基斯坦人。RTHJC热阻结到外壳,是一个重要的功率半导体特性,描述如下:

地点:

DT =温差,单位为℃

PV瓦特功率

5.G7/TOLL与C7/D2PAK的RTHJC比较。

RTHJC在相同的传热或功率损失水平下,这种改进可以降低硅的温度图5以基于插值R的百分比表示归一化改进DS(上)对于新设备相比上一代基线。这导致了更低的值,因为RDS(上)随着设备温度显著增加。

降低操作温度大大提高了工程师的设计灵活性。他们可以选择减少冷却或增加功率输出,两者都会增加功率密度。在无任何变化的情况下,系统在较低温度下运行时,可靠性会提高。

TOLL包还提供开尔文源连接,降低反馈到栅电压的寄生源电感,从而实现更快的开关和更清洁的栅波形。图6比较了标准门驱动方案和使用开尔文源的4针方法。

与TO247封装(~15 nH)相比,TOLL封装还具有非常低的寄生电感(约1 nH)。因此,信号地的反弹要低得多,从而降低了过渡时的电压峰值。

6.标准(左)和四针门驱动(右)方案的比较。

G7具有降低损耗的能力,在超结MOSFET技术方面代表了最先进的技术,而TOLL封装在尺寸、热性能和减少寄生方面带来了好处。当G7和TOLL结合在一起时,工程师在设计高密度、高效的电力系统方面有很大的优势和选择。

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