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Sep 28, 2023

I MOSFET a super giunzione affrontano l'efficienza nel mondo dell'alta qualità

Mentre la rete elettrica mondiale fatica a tenere il passo con la crescita della domanda, l’industria dei semiconduttori di potenza continua a trovare modi innovativi per fare di più con meno. Rohm, Alpha e Omega Semiconductor, ed

Mentre la rete elettrica mondiale fatica a tenere il passo con la crescita della domanda, l’industria dei semiconduttori di potenza continua a trovare modi innovativi per fare di più con meno. Rohm, Alpha and Omega Semiconductor e Toshiba hanno annunciato gli ultimi componenti delle loro linee di prodotti MOSFET di potenza Super Junction (SJ MOSFET) progettati proprio per questo scopo.

Se hai trascorso molto tempo con i MOSFET, capirai bene le difficoltà dell'RDS (acceso) (resistenza tra drain e source mentre è acceso). Un RDS(on) inferiore consente minori perdite e un ridotto accumulo di calore con la corrente. Tuttavia, l'RDS(on) generalmente aumenta con l'aumento della tensione, del flusso di corrente e della velocità di commutazione. I progettisti di molte classi di apparecchiature, in particolare nel controllo di motori e potenza, desiderano utilizzare tensioni più elevate per ridurre la corrente alla stessa potenza nominale e migliorare le caratteristiche di rumore del dispositivo. Un RDS(on) successivamente più alto va contro gli obiettivi di efficienza.

L'altro fattore principale che contribuisce alla perdita di potenza del MOSFET è il tempo di commutazione. Quando è completamente spento o completamente acceso, la corrente di gate è effettivamente pari a zero. Tuttavia, durante la commutazione, i dispositivi assorbono corrente attraverso il gate. I MOSFET hanno una piccola quantità di capacità di gate che influirà sul tempo di commutazione massimo, assorbendo corrente durante la carica o scarica della capacità di gate. Il tempo di commutazione nel circuito è più o meno fisso, quindi una velocità di clock più elevata comporterà un consumo di corrente di gate per una percentuale di tempo maggiore.

Questo, tra l'altro, è uno dei motivi per cui non dovresti rendere mobile un ingresso inutilizzato di un dispositivo MOSFET. Il rumore su un gate flottante porterà a perdite di corrente di commutazione, anche se la corrente non passa attraverso la parte.

Il MOSFET SJ è uno dei modi in cui il settore sta affrontando le sfide relative all'RDS(on) e ai tempi di commutazione. In questo articolo esaminerò tre nuovi MOSFET SJ da 600 V di Rohm, Alpha and Omega e Toshiba.

MOSFET SJ da 600 V

ID (Max continuo/pulsato)

4 A–9 A

12 A–27 A

50 A/200 A

40 A/160 A

RDS(acceso)

510 mΩ–1.330 mΩ

<50 mΩ

<55 mΩ, massimo

Trr (Tempo per invertire)

40 ns

450 n

Applicazioni di destinazione

Rohm ha aggiunto tre nuovi modelli alla sua linea di prodotti PrestoMOS SJ MOSFET. I dispositivi Rohm enfatizzano il basso rumore e il tempo rapido per il recupero inverso (Trr) del diodo nel corpo incorporato. A 40 ns, Rohm dichiara il Trr più veloce disponibile per un MOSFET da 600 V. Il basso Trr riduce le perdite di commutazione di circa il 30% e mantiene basso il rumore.

Molti dispositivi che in passato utilizzavano motori CA a tensione di linea ora utilizzano motori CC senza spazzole (BLDC) per ridurre il rumore, ridurre il consumo energetico e aumentare il controllo. Ciò include elettrodomestici come frigoriferi, ventilatori, condizionatori d'aria e una varietà di altri piccoli dispositivi a motore a ciclo di lavoro medio. Le versioni più recenti di questi prodotti utilizzano inverter di potenza MOSFET per creare alimentazione CC ad alta tensione, che utilizza inverter di potenza e driver di motori basati su MOSFET.

Passando dai motori AC completamente accesi/completamente spenti, un frigorifero, ad esempio, può utilizzare il 20-30% in meno di elettricità nel suo ciclo di vita e avrà un livello di rumore audio molto più basso. Questo tipo di applicazione è ciò a cui Rohm si rivolge con la serie R60xxRNx.

Le generazioni precedenti di MOSFET richiedevano complessi circuiti aggiuntivi di riduzione del rumore per funzionare ad alte velocità. Questa generazione di MOSFET SJ riduce la necessità di tale circuito riducendo le caratteristiche di rumore di 40 dB a una velocità di commutazione di 40 MHz, consentendo un ciclo di progettazione più rapido e un minor numero di componenti discreti.

Alpha e Omega Semiconductor hanno presentato il primo modello della sua nuova linea di MOSFET SJ da 600 V, denominato αMOS7. AOK050V60A7 supporta una corrente di drenaggio continua di 50 A a 25°C e una corrente di drenaggio pulsata fino a 200 A in un contenitore TO-247.

Mentre i dispositivi Rohm discussi sopra sono progettati per carichi di corrente inferiori a 10 A per motori e inverter di potenza del motore, i MOSFET Alpha e Omega SJ sono dispositivi a corrente più elevata progettati per sistemi di alimentazione mission-critical come alimentatori per server con classificazione al titanio, EV ricarica e apparecchiature per inverter del parco solare.