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稳中求进实力强横的欧美系MOSFET有哪些

电子发烧友网报道(文/李宁远)时至今日,大至功率变换器,小至内存、CPU等各类电子设备核心元件,无不用到MOSFET。MOSFET作为一种半导体器件,既能够实现电路的通,又能够实现电路的断。

发展到现在,MOSFET主要应用于中小功率场合如电脑功率电源、家用电器等,具有驱动功率小、电流关断能力强、开关速度快损耗小且不存在二次击穿的优点。虽然现在IGBT是当下热门,相对于前辈MOSFET它属于更高端的功率器件,但在广大的中低压应用当中无论是消费类电子还是家电或是嵌入式系统,MOSFET依然占据着巨大的市场份额。

确定MOSFET实不实用,首先要确定MOSFET的漏源电压VDS,即“漏源击穿电压”,这是在栅极短路到源极,漏极电流在250μA情况下,MOSFET所能承受的保证不损坏的最高电压。另外则需要确定导通电阻。导通电阻对N沟道和P沟道MOSFET都是十分重要的。除此之外,额定电流与功率耗散同样至关重要。

MOSFET的市场格局与IGBT格局类似,以欧美系和日系为主流,欧美系英飞凌安森美稳坐头两把交椅,日系瑞萨东芝紧随其后,国产厂商如扬杰电子、华润微、吉林华微等也在中低压领域的替换势头迅猛。本期会先以欧美系主流厂商的标杆产品着手。

英飞凌MOSFET系列

英飞凌是世界上首屈一指的功率半导体元件制造商,在2015年收购美国国际整流器公司 (IR) 后,英飞凌将所有 IR MOSFET 产品纳入其产品体系,加强和扩展了产品组合,从而得以立足于行业前沿。高质量设计和稳健性,整体系统成本低是英飞凌的几大特点之一。

在高电流应用中使用MOSFET晶体管N沟道通常是首选。IRF40SC240是英飞凌D2PAK 7pin+引脚的最新的40 V StrongIRFET功率MOSFET。

在这款最新的40V MOSFET中,针对高电流和低 RDS(on)进行了优化。采用新的D2PAK 7pin封装扩展了可互换引脚选项,极大增强了设计灵活性。与标准封装相比,新系列的RDS(on)低13%,载流能力高50%。IRF40SC240的最大RDS (on) 仅为0.65毫欧,典型值为0.5毫欧。基于封装限制下的最大连续漏极电流为360A,较之前系列均有大提升。

IRF40SC240不仅提供了更高的灵活性,低 RDS(on)下传导损耗也有所减少,更高的电流能力意味着功率密度的大提升,而IRF40SC240还针对10 V栅极驱动进行了优化,在嘈杂的环境中提供对错误开启的免疫力。

相比N沟道器件,P沟道器件的主要优势在于降低中、低功率应用的设计复杂度。SPB18P06P-G是英飞凌高度创新的P通道功率MOSFET,在导通电阻特性和品质因数特性上有优秀的表现。

首先说几个关键参数,SPB18P06P-G的VDS为-60V,最大的RDS(on)为0.13欧,电流为-18.6A。SPB18P06P-G在数值指标依然做得很好,除此之外,该系列增加了增强模式,同时提供器件雪崩评级。一般来说,雪崩,尤其是重复雪崩,并不属于MOSFET制造商在开发新系列时一定会考虑的常见问题,英飞凌仍然在此系列中加入了雪崩评级,避免使用者在雪崩中操作MOSFET。

安森美MOSFET系列

安森美与英飞凌一样,均是IDM模式,无需代工就可独立执行产品制造的全部流程,利于成本的控制和对工艺及品控的改进。

NTBG020N090SC1是安森美旗下的N沟道900V碳化硅MOSFET。SiC MOSFET技术这里提一句,与硅相比,在开关性能和可靠性上会更出色。NTBG020N090SC1系统的优点包括最高效率、更高的功率密度、更低的EMI和更小的系统尺寸。

900V这个系列的RDS (on) 很低,仅为20mΩ(VGS=15V)。同时拥有超低栅电荷,QG(tot) 低至200 nC。有限电容也在高压工况下降到了极低,Coss 值做到了295 pF。低导通电阻和紧凑尺寸确保了器件的低电容和栅极电荷。因此效率和功率密度得到了保证。

安森美P沟道系列的产品也都在RDS (on),封装技术上表现出色。超低RDS(on)保证了系统效率的提高,而先进的5x6mm封装技术也可以在空间极大节省,同时还拥有非常好的导热性。

意法半导体MOSFET系列

ST的MOSFET系列提供30多种封装选项,包括带有专用控制引脚、能够提高开关效率的4引线TO-247封装、用于大电流性能的H2PAK、极具创新意义的表贴封装无引线TO-LL、1-mm高表贴封装PowerFLAT系列、从2×2mm到8×8mm的中压、高压和特高压功率MOSFET这些系列都有很优秀的散热能力。

以击穿电压范围为12 V ~ 30 V的低压MOSFET为例。STB155N3LH6是ST低压系列下N沟道30 V的较新的MOSFET产品。

该系列采用了第六代STripFET DeepGATE技术,该技术下的MOSFET器件在所有封装中表现出最低的RDS(on)。STB155N3LH6的RDS(on)仅为3mΩ。对比行业头两家的低压产品,在导通电阻上ST的技术水平还是相当不错的,略显不足的是峰值电流能力还有所不及。当然,略显不足这个评价也只是对比英飞凌和安森美,在行业中这样的载流水平依然是行业前列。

ST的面向高压功率的MDmesh制程与面向低压功率的STripFET制程,确保ST旗下MOSFET产品在功率处理能力处在行业顶尖水平。多种封装技术也给旗下功率器件产品提供了更高的灵活度。

小结

欧美系MOSFET厂商拥有先进的技术和生产制造工艺,品质管理也领先其他国家和地区,是中高端MOSFET的主要提供方,长期占据全球大部分市场份额。下一期将发掘日系流派的MOSFET厂商技术特点,看有何差异。

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编辑:jq

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