Основным фактором при проектировании систем силовой электроники является энергоэффективность: критерий, который в значительной степени сводится к энергоэффективности самих компонентов. По этой причине в отрасли в последнее время наблюдается толчок к использованию мощных МОП-транзисторов с более низким значением RDS(on), что напрямую приводит к повышению энергоэффективности. На этой неделе Infineon представила OptiMOS 7, новейшее семейство силовых полевых транзисторов, которое, по их утверждению, первые в отрасли полевые транзисторы Trench MOSFET на напряжение 15 В в корпусе PQFN.
Естественно, это новое семейство имеет значительные улучшения производительности по сравнению с предыдущими поколениями, но что лежит в основе этих улучшенных характеристик и как более низкое напряжение пробоя играет решающую роль в эффективности этих полевых транзисторов?
Преобразование постоянного тока в постоянный с низким выходным напряжением
Семейство OptiMOS 7 компании Infineon представляет собой группу МОП-транзисторов на 15 В, предназначенных для преобразования постоянного тока в постоянный с низким выходным напряжением, особенно в серверных и вычислительных средах. По сравнению с предыдущими поколениями новая серия OptiMOS 7 предлагает существенное улучшение производительности. По сравнению с полевыми транзисторами OptiMOS 5 25 В, например, новое семейство обеспечивает снижение Rds(on) и FOMQg примерно на 30 % и примерно на 50 % снижение FOMQoss, главным образом за счет снижения напряжения пробоя. Такое снижение сопротивления и добротности приводит к повышению эффективности и управления энергопотреблением в средах с высокими требованиями.
Сопротивление сток-исток открытого канала RDS(on) ISK018NE1LM7
Например, взглянув на техническое описание члена семейства ISK018NE1LM7, мы видим впечатляющие технические характеристики. Он имеет очень низкое сопротивление RDS(on) 1,8 мОм и импульсный ток более 500 А. Тепловое сопротивление перехода к нижней части корпуса составляет 1,6 ℃/Вт, что демонстрирует превосходные возможности терморегулирования. Небольшой корпус этого полевого транзистора площадью 4 мм² также обеспечивает значительную экономию места и гибкость компоновки печатной платы. Кроме того, ISK018NE1LM7 может похвастаться зарядом затвора 1,9 нКл и выходным зарядом 6,7 нКл, что указывает на эффективную коммутационную эффективность. Эти особенности в сочетании со сверхнизким уровнем паразитных свойств корпуса и небольшими размерами корпуса делают это устройство идеально подходящим для приложений с высоким коэффициентом преобразования постоянного тока, предлагая уменьшенные потери проводимости и высокую эффективность.
Значение силовых МОП-транзисторов на 15 В
Когда мы говорим о силовых полевых транзисторах, мы часто думаем, что чем выше напряжение пробоя, тем лучше. Так почему же Infineon может быть заинтересована в разработке полевого транзистора на 15 В? Потребность в полевых транзисторах на 15 В в современной электронике во многом обусловлена растущими требованиями к высокой эффективности и миниатюризации в различных приложениях.
В частности, эффективность этих устройств тесно связана с их характеристиками напряжения пробоя.
Во-первых, эффективность полевого транзистора можно в значительной степени объяснить его сопротивлением во включенном состоянии. Более низкие напряжения пробоя в полевых транзисторах приводят к уменьшению RDS(on), тем самым повышая эффективность. Это снижение связано с тем, что конструкция полевого транзистора, способного выдерживать более низкие напряжения, требует менее прочных и, следовательно, менее резистивных материалов и конструкций. По мере уменьшения напряжения пробоя потребность в толстых, сильнолегированных слоях транзистора уменьшается, что, в свою очередь, снижает сопротивление пути тока.
В частности, эффективность этих устройств тесно связана с их характеристиками напряжения пробоя.
Во-первых, эффективность полевого транзистора можно в значительной степени объяснить его сопротивлением во включенном состоянии. Более низкие напряжения пробоя в полевых транзисторах приводят к уменьшению RDS(on), тем самым повышая эффективность. Это снижение связано с тем, что конструкция полевого транзистора, способного выдерживать более низкие напряжения, требует менее прочных и, следовательно, менее резистивных материалов и конструкций. По мере уменьшения напряжения пробоя потребность в толстых, сильнолегированных слоях транзистора уменьшается, что, в свою очередь, снижает сопротивление пути тока.
Связь между RDS(on) и напряжением пробоя
Как влияет подвижность носителей
Еще одним аспектом, который следует учитывать, является взаимосвязь между напряжением пробоя и подвижностью носителей в полупроводниковом материале полевого транзистора.
Подвижность носителей является мерой того, насколько быстро носители заряда (электроны и дырки) могут перемещаться через полупроводниковый материал под воздействием электрического поля.
В полевых транзисторах с более низким напряжением пробоя полупроводниковый материал может быть спроектирован так, чтобы иметь более высокую подвижность носителей, что увеличивает проводимость и снижает резистивные потери, что еще больше способствует повышению энергоэффективности. Более того, полевые транзисторы с более низким напряжением пробоя, как правило, имеют меньшую геометрию, что выгодно для высокочастотных операций. Меньшая геометрия устройства уменьшает емкость внутри полевого транзистора, что, в свою очередь, сводит к минимуму потери переключения. Это особенно важно в приложениях, где полевые транзисторы быстро включаются и выключаются, например, при переключении источников питания и инверторов в системах возобновляемых источников энергии.
Подвижность носителей является мерой того, насколько быстро носители заряда (электроны и дырки) могут перемещаться через полупроводниковый материал под воздействием электрического поля.
В полевых транзисторах с более низким напряжением пробоя полупроводниковый материал может быть спроектирован так, чтобы иметь более высокую подвижность носителей, что увеличивает проводимость и снижает резистивные потери, что еще больше способствует повышению энергоэффективности. Более того, полевые транзисторы с более низким напряжением пробоя, как правило, имеют меньшую геометрию, что выгодно для высокочастотных операций. Меньшая геометрия устройства уменьшает емкость внутри полевого транзистора, что, в свою очередь, сводит к минимуму потери переключения. Это особенно важно в приложениях, где полевые транзисторы быстро включаются и выключаются, например, при переключении источников питания и инверторов в системах возобновляемых источников энергии.
Переход на устройства с напряжением 15 В
Переход на МОП-транзисторы с напряжением 15 В, примером которого является OptiMOS 7, свидетельствует о признании Infineon потребности в высокопроизводительных силовых устройствах, способных адаптироваться к строгим требованиям современной электроники.
Поскольку отрасль продолжает развиваться, становится ясно, что инновации, такие как OptiMOS 7, сыграют ключевую роль в формировании будущего силовой электроники, которая будет более эффективной, надежной и универсальной.
Поскольку отрасль продолжает развиваться, становится ясно, что инновации, такие как OptiMOS 7, сыграют ключевую роль в формировании будущего силовой электроники, которая будет более эффективной, надежной и универсальной.