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Sep 28, 2023

Super Junction MOSFETs abordam a eficiência no mundo da alta

À medida que a rede eléctrica mundial luta para acompanhar o crescimento da procura, a indústria de semicondutores de energia continua a encontrar formas inovadoras de fazer mais com menos. Rohm, Alpha e Omega Semiconductor, e

À medida que a rede eléctrica mundial luta para acompanhar o crescimento da procura, a indústria de semicondutores de energia continua a encontrar formas inovadoras de fazer mais com menos. Rohm, Alpha e Omega Semiconductor e Toshiba anunciaram as peças mais recentes em suas linhas de produtos Super Junction power MOSFET (SJ MOSFET) projetadas exatamente para esse propósito.

Se você passou muito tempo com MOSFETs, entende bem as dificuldades do RDS(on) (resistência entre o dreno e a fonte enquanto está ligado). Um RDS(on) mais baixo permite perdas menores e menor acúmulo de calor com corrente. No entanto, o RDS(on) normalmente aumenta à medida que a tensão, o fluxo de corrente e a velocidade de comutação aumentam. Os projetistas de muitas classes de equipamentos, especialmente no controle de motores e de potência, desejam usar tensões mais altas para reduzir a corrente na mesma potência e melhorar as características de ruído do dispositivo. Um RDS(on) posteriormente mais alto funciona contra as metas de eficiência.

O outro contribuinte principal para a perda de potência do MOSFET é o tempo de comutação. Quando totalmente desligado ou totalmente ligado, a corrente do portão é efetivamente zero. No entanto, durante a comutação, os dispositivos consomem corrente através do portão. Os MOSFETs têm uma pequena quantidade de capacitância de porta que afetará o tempo máximo de comutação, consumindo corrente enquanto carrega ou descarrega a capacitância de porta. O tempo de comutação no circuito é mais ou menos fixo, portanto, uma velocidade de clock mais alta resultará no consumo de corrente de porta por uma porcentagem maior de tempo.

A propósito, esse é um dos motivos pelos quais você não deve flutuar uma entrada não utilizada de um dispositivo MOSFET. O ruído em uma porta flutuante levará a perdas de corrente de chaveamento, mesmo que nenhuma corrente esteja passando pela peça.

O SJ MOSFET é uma das maneiras pelas quais a indústria está enfrentando os desafios do RDS(on) e do tempo de comutação. Neste artigo, examinarei três novos MOSFETs SJ de 600 V da Rohm, Alpha e Omega e Toshiba.

MOSFETs SJ de 600 V

ID (máx. contínuo/pulsado)

4A–9A

12A–27A

50 A/200 A

40 A/160 A

RDS(ligado)

510mΩ–1.330mΩ

<50mΩ

<55 mΩ, máx.

Trr (hora de reverter)

40 ns

450 ns

Aplicativos alvo

Rohm adicionou três novos modelos à sua linha de produtos PrestoMOS SJ MOSFET. Os dispositivos Rohm enfatizam baixo ruído e tempo rápido para recuperação reversa (Trr) do diodo incorporado no corpo. A 40 ns, Rohm afirma ser o Trr mais rápido disponível para um MOSFET de 600 V. Low Trr reduz as perdas de comutação em aproximadamente 30% e mantém o ruído baixo.

Muitos dispositivos que usaram motores CA de tensão de linha no passado agora usam motores CC sem escovas (BLDC) para diminuir o ruído, reduzir o consumo de energia e aumentar o controle. Isso inclui aparelhos como refrigeradores, ventiladores, condicionadores de ar e uma variedade de outros dispositivos com motores pequenos de ciclo médio. As versões mais recentes desses produtos usam inversores de potência MOSFET para criar energia CC de alta tensão, que usa inversores de potência e drivers de motor baseados em MOSFET.

Ao alternar entre motores CA totalmente ligados/totalmente desligados, um refrigerador, por exemplo, pode usar de 20 a 30% menos eletricidade durante a vida útil e terá um nível de ruído de áudio muito mais baixo. Esse tipo de aplicação é o objetivo da Rohm com a série R60xxRNx.

As gerações anteriores de MOSFETs exigiam circuitos complexos adicionais de redução de ruído para operar em altas velocidades. Esta geração de SJ MOSFET reduz a necessidade desse circuito, reduzindo as características de ruído em 40 dB na velocidade de comutação de 40 MHz, permitindo um ciclo de projeto mais rápido e menos componentes discretos.

Alpha and Omega Semiconductor apresentou o primeiro modelo de sua nova linha 600 V SJ MOSFET, batizada de αMOS7. O AOK050V60A7 suporta uma corrente de drenagem contínua de 50 A a 25°C e até 200 A de corrente de drenagem pulsada em um pacote TO-247.

Embora os dispositivos Rohm discutidos acima sejam projetados para cargas de corrente inferiores a 10 A para motores e inversores de potência de motores, os MOSFETs Alpha e Omega SJ são dispositivos de corrente mais alta projetados para sistemas de energia de missão crítica, como fontes de alimentação de servidores com classificação de titânio, EV carregamento e equipamento inversor solar para fazenda.