Полевые транзисторы фирмы STMicroelectronics.

М. Тимофеев

Полевые транзисторы фирмы STMicroelectronics

В статье предпринята попытка сравнить характеристики MOSFET (полевых) транзисторов ведущих мировых производителей, таких как STMicroelectronics, Infineon, International Rectifier, Vishay, Toshiba и ON Semiconductor (Motorola).

Вначале хотелось бы познакомить читателей с обзором новых семейств MOSFET-транзисторов фирмы STMicroelectronics, без сомнения, если не лидирующей, то одной из фирм, обладающих наиболее передовыми разработками и технологиями в области силовой электроники.

MDmesh MOSFET

STMicroelectronics разработала новую MOSFET-технологию, значительно уменьшающую RDS ON (сопротивление сток√исток в открытом состоянии). Новая технология названа MDmesh (Multiple Drain mesh), потому что она основана на многочисленных вертикальных Р-структурах стока. Кроме очень низкого RDS ON, новая вертикальная структура кристалла обеспечивает превосходные dV/dt характеристики.

Рисунок 1. Структура кристалла MDmesh MOSFET

Такая структура кристалла также обеспечивает величину заряда затвора Qg на 40% ниже, чем у традиционных MOSFET, что повышает скорость переключения и снижает потери мощности на переключение. Низкая величина заряда затвора Qg да╦т возможность использовать меньшие и более экономичные затворные цепи.

Температурный коэффициент сопротивления кристалл√корпус Rjc не превышает 1,7╟С/W. Размер кристалла значительно уменьшился, что обеспечило превосходные тепловые характеристики. Для сравнения, 500-В STP12NM50 в корпусе ТО-220 с RDS ON = 0,35 Ом имеет кристалл, занимающий лишь 60% общей площади изделия. Такое низкое RDS ON в стандартной технологии MOSFET доступно только в корпусе ТО-247 с большим размером кристалла.

Эти преимущества могут быть реализованы в таких применениях, как источники вторичного электропитания средней мощности, где низкое RDS ON и улучшенные динамические характеристики могут увеличить КПД источников питания не менее, чем на 2%, и это позволит уменьшить теплоотвод до 40% при той же самой температуре нагрева.

Для демонстрации преимуществ MDmesh-приборов в реальных применениях, сравним электрические и тепловые характеристики транзистора MOSFET предыдущего поколения STW15NB50 (500 В, 0,36 Ом, ТО-247) и MDmesh MOSFET STP12NM50 (500 В, 0,35 Ом, ТО-220) в 360-Вт мостовом источнике питания, где нагрузкой транзисторов является первичная обмотка трансформатора преобразователя. MDmesh MOSFET показал лучшие скорости переключения, чем MOSFET предыдущего поколения. Время включения STP12NM50 было на 100 нс меньше, чем у STW15NB50. Величина заряда затвора STP12NM50 составила 21 нКл, в то время как у STW15NB50 - 70 нКл. Величина энергии выключения STP12NM50 была 22,6 мкДж, в то время как у STW15NB50 она достигла 31,3 мкДж. При частоте переключения 115 кГц это означает разность в потерях на переключение около 1 Вт на транзистор (2,6 Вт у STP12NM50 против 3,6 Вт у STW15NB50). Потери на проводимость составили 3,2 Вт у STP12NM50 против 3,4 Вт у STW15NB50.

Следует отметить, что сравнение проводилось не с традиционным стандартным MOSFET, а с быстрым MOSFET-прибором предыдущего поколения STMicroelectronics, имеющим неплохие динамические характеристики и низкую величину заряда затвора, по сравнению с IRFP450 (корпус ТО-247).

Z-серия MOSFET

STMicroelectronics представляет новое семейство MOSFET-транзисторов, которые содержат встроенный диод Зенера в затворной цепи. Это семейство высоковольтных транзисторов (от 700 до 900 В) полностью защищено от электростатического пробоя и выбросов напряжения в затворной цепи вследствие переходных процессов. Напряжение ограничения диода Зенера составляет около 25 В, что предохраняет затвор от перенапряжения. Диоды Зенера способны подавить выбросы напряжения до 140 В.

Рисунок 2. Синхронный понижающий преобразователь

Таблица 1. Z-серия MOSFET-транзисторов

Device VDSS, B RDC (on), Om ID, A Package PD, Bt STP5NC70Z 700 1,8 4,3 TO-220 100 STP7NC70Z 700 1,38 6,0 TO-220 125 STP8NC70Z 700 1,2 6,8 TO-220 135 STW10NC70Z 700 0,35 10,3 TO-247 190 STP4NC80Z 800 2,8 3,9 TO-220 100 STP6NC80Z 800 1,8 5,4 TO-220 125 STP7NC80Z 800 1,5 6,1 TO-220 135 STW9NC80Z 800 0,9 9,4 TO-247 190 STP3NC90Z 900 3,5 3,0 TO-220 100 STP5NC90Z 900 2,5 4,6 TO-220 125 STP6NC90Z 900 2 5,3 TO-220 135 STW8NC90Z 900 1,38 7,6 TO-247 190 STripFET

Другое новое семейство полевых транзисторов фирмы STMicroelectronics - STripFET. Это низковольтные MOSFET-транзисторы с очень низкой величиной заряда затвора Qg. Для применения в высокочастотных схемах величина Qg играет более важную роль в минимизации потерь мощности, чем RDS ON. В этих целях использование STripFET-технологии более приемлемо, чем традиционной структуры кристалла или, например, Trench-технологии, предлагаемой азиатскими производителями. STripFET-технология представляет собой лучший компромисс между динамическими характеристиками, напрямую связанными с зарядом затвора, и потерями на проводимость (RDS ON).

Рисунок 3. STripFET2 в корпусе PowerSO-10 в синхронных понижающих преобразователях

Хороший пример применения новых MOSFET - это высокоэффективный DC/DC-конвертор для материнских плат десктопов и мобильных компьютеров. Наиболее популярная топология для таких применений - синхронный понижающий преобразователь.

Технология STripFET получила сво╦ дальнейшее развитие в новом поколении транзисторов STripFET2, разработанном с помощью специального быстрого термического диффузионного процесса, в результате которого ширина полосы отдельной ячейки структуры кристалла была уменьшена. Это привело к дальнейшему уменьшению и RDS ON. Новые изделия идентифицируются буквами "NF", например, STP80NF10.

В частности, фирма STMicroelectronics разработала ряд низковольтных (20, 30 В) транзисторов в корпусе PowerSO-10 для применения в синхронных понижающих преобразователях. По величине RDS ON эти транзисторы не имеют аналогов среди других производителей, например, STV160NF02L (20 В, 0,0016 Ом, 160 А) и STV160NF03L (30 В, 0,0021 Ом, 160 А).

Транзисторы нового поколения STripFET2 также выпускаются в корпусах ТО-220, D2PAK, DPAK и SO-8. Они наиболее применимы для высокочастотных DC/DC-конверторов для десктопов, мобильных компьютеров и телекоммуникационного оборудования.

PowerMESH IGBT

STMicroelectronics также предлагает новое поколение IGBT-транзисторов (биполярных транзисторов с изолированным затвором), разработанных с применением технологии PowerMESH, с успехом используемой в MOSFET-транзисторах. Основные преимущества новых IGBT транзисторов: ниже UСE SAT (напряжение насыщения КЭ), выше IC (ток коллектора), больше скорость переключения. Семейство IGBT-транзисторов с низким UСE SAT можно идентифицировать по суффиксу "S" в наименовании, например, STGD7NB60S. Зависимость UСE SAT от IC приведена на рисунке. Это семейство IGBT-транзисторов применяется на частотах до 1 кГц для управления различными низкочастотными моторами.

Рисунок 4. Зависимость UСE SAT от IC для IGBT-транзисторов

Следующее семейство IGBT-транзисторов разработано специально для электронного зажигания в автомобилях. Это IGBT-транзисторы с логическим уровнем входного сигнала, полностью защищ╦нные от перенапряжений по входу и выходу диодами Зенера. Такие приборы как STGB10NB37LZ, STGB20NB37LZ (корпус D2PAK), STGP10NB37LZ и STGP20NB37LZ (корпус ТО-220) представляют собой лучший выбор для систем зажигания, базирующихся на IGBT-транзисторах.

Готовится к выпуску так называемый Smart IGBT VBG15NB37, представляющий собой мощный IGBT-транзистор, полностью защищ╦нный по току, температуре и от выбросов напряжения по входу и выходу, совмещ╦нный с драйвером, позволяющим осуществить прямое управление от микроконтроллера.

Блок-схема Smart IGBT изображена на рисунке.

Рисунок 5. Зависимость UСE SAT от IC для IGBT-транзисторов

Третье семейство IGBT-транзисторов - это транзисторы с высокой скоростью переключения. Они идентифицируются по суффиксу "H" в наименовании, например STGD7NB60H. Эти изделия применяются на частотах до 120 кГц и идеальны для DC/DC-конверторов в прямоходовых, обратноходовых, полумостовых и мостовых топологиях схем источников питания и корректоров мощности.

Основные технические данные MOSFET-транзисторов ведущих производителей

В табл. 2 представлены основные технические характеристики MOSFET-транзисторов ведущих производителей: STMicroelectronics, Infineon, International Rectifier, Vishay, Toshiba и ON Semiconductor (Motorola) в наиболее распростран╦нных корпусах.

Таблица 2. Технические характеристики MOSFET-транзисторов

Произво дитель Наименование Корпус U DS, В RDS ON 10 В, Oм RDS ON 4,5 В, Oм ID, A Qg, нКл STM STP80PF55 TO-220 -55 0,02   -80 180 INF SPP80P06P TO-220 -60 0,23   -80   IR IRF4905 TO-220 -55 0,02   -64   TOSH 2SJ334 TO-220 -60 0,029   -30   VISH SUP75P05-08 TO-220 -55 0,008   -75 140 VISH SUP65P06-20 TO-220 -60 0,02   -65 85 STM STV160NF02L PSO-10 20 0,0016 0,0035 160 103 IR IRL3502 TO-220 20 0,007 0,007 110   STM STV160NF03L PSO-10 30 0,0019 0,004 160 103 STM STP80NF03L-04 TO-220 30 0,004 0,005 80 100 STM STP80NE03L-06 TO-220 30 0,006   80 95 INF SPP80N03L TO-200 30 0,006 0,006 80   IR IRL3803 To-220 30 0,006 0,006 120   ONS MTP1306 TO-220 30 0,008 nbsp 75   TOSH 2SK3128 TO-3P 30 0,0095   60   VISH SUP75N03-04 TO-220 30 0,004   75 200 VISH SUP85N03-07P TO-220 30 0,007 0,01 85 60 VISH SUP75N05-06 TO-220 50 0,006   75 85 STM STP80NF55-06 TO-220 55 0,0065   80 190 STM STP80NF55L-06 TO-220 55 0,0065 0,008 80 97 INF BUZ111SL TO-220 55 0,007 0,007 80   IR IRF1405 TO-220 55 0,005   133   STM STP80NE06-10 TO-220 60 0,01 0,008 80 140 STM STP60NF06L TO-220 60 0,014 0,016 60   IR IRF1010N TO-220 60 0,012   81   ONS MTP75N06HD TO-220 60 0,01   75   TOSH 2SK2986 TO-220 60 0,0045   55   VISH SUP85N06-05 TO-220 60 0,005 0,007 85 155 STM STP80NF10 TO-220 100 0,018   80 140 INF SPP70N10L TO-220 100 0,016 0,016 70   IR IRL2910 TO-220 100 0,026 0,026 48   IR IRFB59N10D TO-220 100 0,025   59   ONS MTP40N10E TO-220 100 0,04   40   TOSH 2SK1382 TO-3P 100 0,015   60   VISH SUP85N10-10 TO-220 100 0,01   85 105 STM STP12NM50 TO-220 500 0,35   12 28 STM STW45NM50 TO-247 500 0,1   45 100 IR IRFB17N50L TO-220 500 0,25   17   IR IRFP460 TO-247 500 0,27   20   TOSH 2SK2842 TO-220 500 0,4   12   TOSH 2SK3132 TO-3P 500 0,07   50   STM STP11NM60 TO-220 600 0,45   11 30 STM STW16NB60 TO-247 600 0,35   16 85 INF SPP20N60S5 TO-247 600 0,19   20   INF SPW47N60S5 TO-247 600 0,07   47   IR IRFB9N60A TO-220 600 0,75   9   IR IRPC60 TO-247 600 0,40   16   TOSH 2SK2866 TO-220 600 0,54   10   TOSH 2SK2915 TO-3P 600 0,31   16  

Из табл. 2 видно, что среди низковольтных полевых транзисторов превосходными характеристиками, кроме STMicroelectronics и Toshiba, обладают также транзисторы фирмы Vishay, (как, например, уникальные полевые транзисторы SUP75P05-08, SUP85N06-05, SUP85N10-10), но несколько большие сроки поставки и цены сводят на нет преимущества в технических характеристиках транзисторов, в то время как невысокие цены и доступность транзисторов STM повышают к ним интерес. В области высоковольтных полевых транзисторов превосходными техническими характеристиками выделяется 600-В семейство CoolMOS фирмы Infineon Technologies. Они обладают очень малым RDS ON и по статическим характеристикам сравнимы с IGBT-транзисторами, а по динамическим характеристикам значительно превосходят их, однако имеют несколько большие сроки поставки, чем у других производителей.

В заключение хочется сказать, что фирмы "Макро Тим" , и ╚БИС-электроник╩ осуществляют поставки полевых транзисторов таких фирм-производителей, как STMicroelectronics, Infineon Technologies, Vishay, Toshiba, Hitachi, Philips, ON Semiconductor, и Intersil (Harris).







Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2020 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.