Журнал "Новости Электроники", номер 14, 2009 год.

Журнал "Новости Электроники", номер 14, 2009 год.Повышаем энергоэффективность с транзисторами Mdmesh VВалерий Ячменников (КОМПЭЛ) В статье дается обзор высоковольтных силовых MOSFET-транзисторов компании STMicroelectronics, производимых по новой технологии MDmesh V, описываются их основные характеристики и конкурентные преимущества.

Являясь ведущим мировым поставщиком высоковольтных силовых MOSFET-транзисторов, компания STMicroelectronics предлагает разработчикам широкий выбор силовых устройств для различных конечных применений. На сегодняшний день каждый пятый продаваемый в мире высоковольтный MOSFET-транзистор выпускается на заводах STMicroelectronics. Развивая это направление, компания только в текущем году представила две новые технологии производства высоковольтных MOSFET - 950В SuperMESH3 и 650В MDmesh V. Рассмотрим подробней последнюю.

Технология MDmesh V - это самая последняя реализация собственной Multi Drain Mesh-технологии ST категории Super-Junction, впервые представленной в 2001 году. Четыре года позднее на рынке появились и стали популярны MOSFET-транзисторы MDmesh II серии NM..N с напряжением пробоя от 300 В до 650 В. Поколения приборов MDmesh III и MDmesh IV остались в виде лабораторных образцов и не пошли в серийное производство. Как видно из рисунка 1, транзисторы семейства MDmesh V на 40% превосходят предыдущее семейство MDmesh II MOSFETs по величине сопротивления открытого канала на единицу площади кристалла, обеспечивая тем самым более высокий КПД и плотность мощности частотных преобразователей. В 2011 году ожидается выход нового поколения приборов - MDmesh VI, у которых величина этого параметра уменьшится еще на 40%.

 

 

Рис. 1. Эволюция силовых MOSFET транзисторов семейства MDmeshTM

Улучшение структуры стока на кристалле позволило уменьшить падение напряжения «сток-исток», что обеспечивает у транзисторов семейства MDmesh V лучшее на рынке значение сопротивления открытого канала на единицу площади кристалла . Например, у одного из первых серийных транзисторов этой серии STP42N65M5, выпускаемого в корпусе TO-220, максимальное значение Rds(on) равно 0,079 Ом при Vgs = 10 В. На рисунке 2 показано сравнение значений сопротивления открытого канала некоторых типов транзисторов в различных корпусах. Здесь видно, что как транзисторы MDmesh II, так и транзисторы MDmesh V имеют лучшие значения данного параметра по сравнению с конкурентными решениями соответствующих поколений приборов. Разница особенно чувствительна для транзисторов в относительно малых корпусах, таких как DPAK.

 

 

Рис. 2. MDmesh V - лучшее значение сопротивления открытого канала

Так как потери на силовом ключе определяются не только потерями на проводимость, но и потерями на переключение, посмотрим на динамические характеристики транзисторов. Приборы MDmesh V наряду с отличными статическими характеристиками обладают и неплохими динамическими параметрами, низкими значениями заряда затвора Qg и выходной емкости.

На рисунке 3 показано сравнение величин потерь энергии в выходной емкости за период переключения транзисторов STx42N65M5 и лучших конкурентных решений. На графике видно, что во всем диапазоне рабочих напряжений потери на переключение у MDmesh V транзисторов ниже, чем у подобных устройств конкурентов. Улучшение вышеперечисленных параметров MOSFET транзисторов приводит, соответственно, к возможности построения источников питания с более высокими значениями КПД.

 

 

Рис. 3. Зависимость потерь энергии в выходной емкости от напряжения сток-исток

Еще одним бонусом для разработчиков будет также повышенное до 650 В напряжение пробоя «сток-исток». По сравнению со стандартным значением 600 В у высоковольтных MOSFET других производителей, такое напряжение дает производителям импульсных источников питания дополнительный запас по безопасности. Последнее по порядку, но не последнее по значению преимущество MDmesh V MOSFET - это поведение транзистора во время переключения, а точнее - во время выключения. На рисунке 4 изображены формы сигналов в момент выключения транзисторов, справа для транзисторов STP42N65M5, а слева для транзисторов конкурентов. Малиновым цветом показаны формы напряжения на затворе транзисторов, зеленым цветом - напряжения на стоках, синим цветом - токи стоков. В левом овале измерительным оборудованием зафиксирован высокий уровень шума в момент переключения, тогда как в правом форма сигналов напряжения на затворе и стоке ключа значительно чище. Соответственно, пониженный уровень электромагнитных помех, генерируемых устройствами ST при переключении, позволяет понизить требования к их фильтрации, что приводит к упрощению и удешевлению источника питания. Обратите внимание на желтые кривые внизу диаграмм, они отображают потери мощности в момент выключения транзисторов. Уровень этих потерь на левой диаграмме значительно ниже.

 

 

Рис. 4. Формы сигналов во время цикла выключения ключей

Номенклатура транзисторов MDmesh V приведена в таблице 1. Для обеспечения гибкости при проектировании изделия выпускаются в различных стандартных корпусах. Это распространяется почти на все семейства MDmesh V. Например, семейство STx42N65M5 поставляется в пяти различных корпусах, хотя имеет одинаковые значения сопротивления открытого канала и тока стока для всех модификаций: 0,079 Ом и 33 А, соответственно. Красным цветов в таблице помечены серийно выпускаемые устройства. В скором будущем планируется выпуск транзисторов STW77N65M5 с еще более низким сопротивлением открытого канала 0,038 Ом, а также более мощных 93-амперных транзисторов STY112N65M5 в корпусе TO-247 MAX с сопротивлением канала 0,022 Ом.

Таблица 1. Номенклатура транзисторов MDmesh V   Наименование Статус VDSS, В RDS(on), Ом – макс. Qg, нК – тип. PD, Вт – макс. ID, A – макс. Корпус STB21N65M5 Анонс 650 0,179 37 125 17 D2PAK STB30N65M5 Анонс 650 0,139 – 140 21 D2PAK STB32N65M5 Анонс 650 0,119 – 150 24 D2PAK STB35N65M5 Анонс 650 0,098 – 160 27 D2PAK STB42N65M5 Серия 650 0,079 100 190 33 D2PAK STD12N65M5 Анонс 650 0,41 19 70 8,5 TO 252 DPAK STD16N65M5 Серия 650 0,299 45 90 12 TO 252 DPAK STF12N65M5 Анонс 650 0,41 19 25 8,5 TO 220 ISO FULL PACK IN LINE STF16N65M5 Серия 650 0,299 45 25 12 TO 220 ISO FULL PACK IN LINE STF21N65M5 Анонс 650 0,179 37 30 17 TO 220 ISO FULL PACK IN LINE STF30N65M5 Анонс 650 0,139 – 30 21 TO 220 ISO FULL PACK IN LINE STF32N65M5 Анонс 650 0,119 – 35 24 TO 220 ISO FULL PACK IN LINE STF35N65M5 Анонс 650 0,098 – 40 27 TO 220 ISO FULL PACK IN LINE STF42N65M5 Серия 650 0,079 100 40 – TO 220 ISO FULL PACK IN LINE STI21N65M5 Анонс 650 0,179 37 125 17 I2PAK STI30N65M5 Анонс – – – – – I2PAK STI32N65M5 Анонс 650 0,119 – 150 24 I2PAK STI35N65M5 Анонс 650 0,098 – 160 27 I2PAK STI42N65M5 Серия 650 0,079 100 – 33 I2PAK STP12N65M5 Оценка 650 0,41 19 70 8,5 TO 220 AB NON ISOL STP16N65M5 Серия 650 0,299 45 90 12 TO 220 AB NON ISOL STP21N65M5 Серия 650 0,179 37 125 17 TO 220 AB NON ISOL STP30N65M5 Серия 650 0,139 – 140 21 TO 220 AB NON ISOL STP32N65M5 Серия 650 0,119 – 150 24 TO 220 AB NON ISOL STP35N65M5 Серия 650 0,098 – 160 27 TO 220 AB NON ISOL STP42N65M5 Серия 650 0,079 100 – 33 TO 220 AB NON ISOL STU12N65M5 Анонс 650 0,41 19 70 8,5 IPAK TO-251 STU16N65M5 Серия 650 0,299 45 90 12 IPAK TO-251 STW21N65M5 Анонс 650 0,179 37 125 17 TO 247 STW30N65M5 Анонс 650 0,139 – 140 21 TO 247 STW32N65M5 Анонс 650 0,119 – 150 24 TO 247 STW35N65M5 Анонс 650 0,098 – 160 27 TO 247 STW42N65M5 Серия 650 0,079 100 190 33 TO 247 STW77N65M5 Анонс 650 0,038 200 400 31 TO 247 STY112N65M5 Анонс 650 0,022 360 450 93 TO 247 MAX

 

Заключение

Новая технология производства MOSFET-транзисторов MDmesh V, нацеленная на энергосбережение и повышение плотности мощности устройств питания, позволяет производителям высоковольтных импульсных источников питания с высокими показателями энергоэффективности успешно соответствовать современным требованиям, предъявляемым к такому оборудованию.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript

 

 

Вернуться к содержанию номера







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.