eng
Выпуск #8/2018
В. Ежов
MOSFET семейства CoolMOS P7: оптимальное решение от Infineon для широкого спектра приложений
MOSFET семейства CoolMOS P7: оптимальное решение от Infineon для широкого спектра приложений
Просмотры: 1675
В статье представлен обзор нового семейства высоковольтных полевых МОП-транзисторов (MOSFET) CoolMOS P7 от компании Infineon, которое отличается оптимальным соотношением эффективности и цены, обеспечивает простоту применения в схемах с различными топологиями.
DOI: 10.22184/1992-4178.2018.179.8.68.73
УДК 621.382.323 | ВАК 05.27.00
DOI: 10.22184/1992-4178.2018.179.8.68.73
УДК 621.382.323 | ВАК 05.27.00
Теги: coolmos p7 drain-source on resistance gate capacity gate charge hard switching topology infineon power mosfet soft switching topology емкость затвора заряд затвора мощный mosfet сопротивление открытого канала топология с жестким переключением топология с мягким переключением
Транзисторы серии CoolMOS P7, созданные в развитие предыдущего поколения CoolMOS P6, представляют собой сбалансированное решение, которое подходит для большей части мощных преобразователей, требующих высокого КПД. Благодаря оптимизации таких параметров, как заряд затвора, пороговое напряжение, сопротивление канала в открытом состоянии, приборы отличаются лучшей в своем классе эффективностью, близкой к транзисторам серии CoolMOS CP. При этом они оптимизированы с точки зрения простоты проектирования импульсных преобразователей. Встроенный в транзисторы CoolMOS P7 резистор затвора обеспечивает подавление осцилляций, которые могут возникать в схемах из-за паразитных емкостей и индуктивностей на печатной плате. Среди особенностей серии – улучшенная управляемость скоростью нарастания напряжения. С помощью резистора затвора можно задавать скорость переключения исходя из необходимого в схеме баланса КПД и уровня электромагнитных помех.
Благодаря оптимизированной величине сопротивления канала в открытом состоянии для транзисторов этой серии становится возможным использование более компактных корпусов при сохранении прежних значений рабочего тока. Таким образом достигается более высокая плотность мощности конечного изделия.
Транзисторы серии CoolMOS P7 оснащены более мощным встроенным диодом, поэтому их можно использовать при жестком переключении, например в топологиях LLC или PFC. Для достижения высокой стойкости к электростатическому разряду в серии CoolMOS P7 применяется встроенный зенеровский диод, что позволяет обеспечить 2-й класс защиты по HBМ. Это помогает повысить выход годных при сборке, уменьшает число отказов в процессе производства и сокращает затраты заказчика.
В семейство CoolMOS P7 входят четыре серии MOSFET, рассчитанных на напряжения 600, 700, 800 и 950 В.
Серия CoolMOS P7 600 В – транзисторы общего назначения, подходящие для различных вариантов применения: от маломощных импульсных источников питания до мощных приложений, таких как инвертеры солнечных батарей, серверное и телекоммуникационное оборудование, зарядные станции для электромобилей. Эти приборы подходят для топологий как с мягким, так и жестким переключением. В области маломощных приложений транзисторы CoolMOS P7 600 В служат заменой серии CoolMOS CE 600 В, а в сфере мощных приложений – CoolMOS P6 600 В. По сравнению с предыдущими поколениями MOSFET CoolMOS P7 600 В обеспечивают снижение потерь на переключение и более высокую эффективность благодаря сниженным (на 30–60%) значениям заряда затвора QG и запасаемой в выходной емкости энергии EOSS.
В семействе CoolMOS P7 600 В доступен широкий выбор комбинации RDS(on) и корпуса, включая корпуса для поверхностного (SMT) и выводного (THT) монтажа. В линейке предлагаются приборы с максимальной величиной RDS(on) от 37 до 600 мОм, что обеспечивает оптимальный выбор модели транзистора для различных промышленных и потребительских приложений (табл. 1).
Значительное уменьшение потерь на проводимость и на переключение обеспечивает существенное снижение температуры нагрева транзистора, что упрощает управление температурными режимами системы. Семейство CoolMOS P7 600 В отличается на 1,5% более высоким значением КПД и на 4,2 °C более низкой температурой транзистора по сравнению с конкурирующими решениями (рис. 1).
В отличие от CoolMOS P7 600 В, семейства CoolMOS P7 700 В, 800 В и 950 В предназначены для построения главным образом маломощных импульсных источников питания с обратноходовой (flyback) топологией в таких приложениях, как адаптеры питания ноутбуков, зарядные устройства для портативной электроники, драйверы светодиодов, интеллектуальные счетчики, домашние развлекательные системы и промышленные источники питания.
Серия CoolMOS P7 700 В обеспечивает повышение КПД до 4% и снижение температуры нагрева прибора до 16 °C по сравнению с решениями конкурентов (рис. 2). Например, для зарядного устройства с топологией обратноходового преобразователя с рабочей частотой 140 кГц КПД этих транзисторов на 2,4% выше, а температура на 12 °C ниже, чем у приборов предыдущего семейства CoolMOS C6 650 В.
Компания Infineon использует для серии CoolMOS P7 технологию, которая обеспечивает низкое пороговое напряжение на затворе на уровне 3 В с очень малым разбросом – всего ±0,5 В (рис. 3). Это упрощает проектное решение и снижает потери холостого хода.
В серии CoolMOS P7 700 В, как и в CoolMOS P7 600 В, предлагается широкий выбор значений RDS(on) и типов корпусов (табл. 2).
В серии CoolMOS P7 800 В оптимизация ключевых параметров достигла нового уровня, что обеспечило наилучшее в классе сочетание эффективности, тепловых характеристик и простоты применения. Например, при использовании транзисторов этой серии совместно с доступным на рынке 80-Вт драйвером светодиодов объем запасаемой в выходной емкости энергии снижается на более чем 45%, а также значительно уменьшается заряд затвора по сравнению с конкурентными решениями. Кроме того, по сравнению с предыдущим поколением CoolMOS С3 уменьшены паразитные емкости CISS и COSS. Таким образом, повышение на 0,5% КПД при малых нагрузках позволило снизить потребляемую мощность в ждущем режиме в конечном приложении (рис. 4). При полной нагрузке КПД возрос на 0,3%, а температура прибора снизилась на 6 °C.
По сравнению с другими решениями на рынке технология, используемая в серии CoolMOS P7 800 В, позволяет реализовать значительно меньшие значения RDS(on) в более компактных корпусах, таких как DPAK (табл. 3). Это обеспечивает существенное повышение плотности мощности при весьма конкурентных ценах.
Недавно представленная компанией Infineon серия CoolMOS P7 950 В отвечает самым высоким требованиям при применении в маломощных импульсных источниках питания. Новое семейство обеспечивает на 50 В более высокое запирающее напряжение, чем его предшественник – CoolMOS C3 900 В, при этом демонстрирует выдающиеся параметры с точки зрения эффективности, надежности и простоты применения.
Транзисторы семейства CoolMOS P7 950 В отличаются наименьшим в своем классе значением RDS(on) для корпуса типа DPAK (табл. 4). Для этих приборов в корпусе для поверхностного монтажа характерно сопротивление в открытом состоянии 450 мОм, что более чем на 60% меньше, по сравнению с решениями ближайших конкурентов (рис. 5). Это обеспечивает более высокую плотность монтажа и в то же время сокращение количества используемых в конечном продукте элементов и меньшую стоимость сборки изделия.
Семейство CoolMOS P7 950 В демонстрирует лучшие в классе тепловые характеристики и эффективность. Например, при использовании совместно с 40-Вт адаптером питания транзисторы этой серии обеспечивают на 0,2% более высокий КПД и на 5,2 °C меньшую температуру по сравнению с аналогичными решениями конкурентов (рис. 6).
Высокие характеристики транзисторов CoolMOS во многом определяются параметрами и конструктивными особенностями корпусов. Для семейства CoolMOS P7 предлагается широкая номенклатура корпусов, как для поверхностного, так и выводного монтажа. Маломощные приложения, как правило, ориентированные на потребительские устройства, требуют применения недорогих корпусов. Недавно компания Infineon расширила семейство CoolMOS P7 транзисторами в корпусах TO‑220 FullPAK Narrow Lead (рис. 7) и SOT‑223 (рис. 8). Использование корпусов SOT‑223 позволяет реализовать более компактные и дешевые решения по сравнению с применением транзисторов в корпусе DPAK. При установке корпуса SOT‑223 на посадочное место DPAK температура прибора повышается всего на 2–3 °C. А если компоновка платы позволяет увеличить площадь контакта под выводом стока до 20 ммІ и более, то разница в нагреве сводится к нулю.
В бескорпусных источниках питания для семейства CoolMOS P7 рекомендуется применять корпуса TO‑220 FullPAK Wide Creepage с увеличенным до 4,25 мм расстоянием между выводами (рис. 9). Это позволяет снизить вероятность высоковольтного пробоя из-за пыли, которая может скапливаться в зазоре между выводами транзистора.
Для таких приложений, как зарядные устройства, рекомендуется применять транзисторы CoolMOS P7 в корпусе IPAK Short Lead (SL), который можно полностью вмонтировать в печатную плату, тем самым повысить выход годных на этапе сборки и обеспечить требуемую габаритную высоту изделия (рис. 10).
Для приложений более высокой мощности Infineon также предлагает инновационные корпусные решения. Одно из них – корпус TO‑247 4 pin (рис. 11) с дополнительным выводом истока транзистора (так называемым отводом Кельвина). Использование этого вывода позволяет исключить влияние паразитной индуктивности истока транзистора на выходное напряжение драйвера силового ключа и снизить потери при включении, что обеспечивает более быстрое переключение транзистора, повышение его КПД и рабочей частоты. Для семейства CoolMOS P7 Infineon применяет усовершенствованный корпус TO‑247 4 pin с асимметричным расположением выводов и увеличенным расстоянием между высоковольтными выводами.
Для приложений большой мощности, на применение в которых ориентирована серия CoolMOS P7 600 В, предлагаются корпуса D2PAK (рис. 12) и ThinPAK 8 Ч 8 (рис. 13). D2PAK – корпус для поверхностного монтажа со стандартным посадочным местом, а ThinPAK 8 Ч 8 – низкопрофильный корпус для поверхностного монтажа с компактным посадочным местом (всего 64 ммІ), отличается очень малой величиной паразитной индуктивности, поэтому рассматривается как оптимальный вариант для малогабаритных систем с большой плотностью мощности.
* * *
В заключение остается отметить, что семейство CoolMOS P7 – это сбалансированное решение, которое характеризуется наилучшим соотношением эффективности и цены, отличается простотой применения. Транзисторы этого семейства подходят для топологий как с мягким, так и жестким переключением, оптимизированы в целях упрощения проектных решений для широкого спектра приложений.
Для получения более подробной технической информации по продукции Infineon и заказа образцов обращайтесь в холдинг «Золотой Шар» (www.zolshar.ru).
Благодаря оптимизированной величине сопротивления канала в открытом состоянии для транзисторов этой серии становится возможным использование более компактных корпусов при сохранении прежних значений рабочего тока. Таким образом достигается более высокая плотность мощности конечного изделия.
Транзисторы серии CoolMOS P7 оснащены более мощным встроенным диодом, поэтому их можно использовать при жестком переключении, например в топологиях LLC или PFC. Для достижения высокой стойкости к электростатическому разряду в серии CoolMOS P7 применяется встроенный зенеровский диод, что позволяет обеспечить 2-й класс защиты по HBМ. Это помогает повысить выход годных при сборке, уменьшает число отказов в процессе производства и сокращает затраты заказчика.
В семейство CoolMOS P7 входят четыре серии MOSFET, рассчитанных на напряжения 600, 700, 800 и 950 В.
Серия CoolMOS P7 600 В – транзисторы общего назначения, подходящие для различных вариантов применения: от маломощных импульсных источников питания до мощных приложений, таких как инвертеры солнечных батарей, серверное и телекоммуникационное оборудование, зарядные станции для электромобилей. Эти приборы подходят для топологий как с мягким, так и жестким переключением. В области маломощных приложений транзисторы CoolMOS P7 600 В служат заменой серии CoolMOS CE 600 В, а в сфере мощных приложений – CoolMOS P6 600 В. По сравнению с предыдущими поколениями MOSFET CoolMOS P7 600 В обеспечивают снижение потерь на переключение и более высокую эффективность благодаря сниженным (на 30–60%) значениям заряда затвора QG и запасаемой в выходной емкости энергии EOSS.
В семействе CoolMOS P7 600 В доступен широкий выбор комбинации RDS(on) и корпуса, включая корпуса для поверхностного (SMT) и выводного (THT) монтажа. В линейке предлагаются приборы с максимальной величиной RDS(on) от 37 до 600 мОм, что обеспечивает оптимальный выбор модели транзистора для различных промышленных и потребительских приложений (табл. 1).
Значительное уменьшение потерь на проводимость и на переключение обеспечивает существенное снижение температуры нагрева транзистора, что упрощает управление температурными режимами системы. Семейство CoolMOS P7 600 В отличается на 1,5% более высоким значением КПД и на 4,2 °C более низкой температурой транзистора по сравнению с конкурирующими решениями (рис. 1).
В отличие от CoolMOS P7 600 В, семейства CoolMOS P7 700 В, 800 В и 950 В предназначены для построения главным образом маломощных импульсных источников питания с обратноходовой (flyback) топологией в таких приложениях, как адаптеры питания ноутбуков, зарядные устройства для портативной электроники, драйверы светодиодов, интеллектуальные счетчики, домашние развлекательные системы и промышленные источники питания.
Серия CoolMOS P7 700 В обеспечивает повышение КПД до 4% и снижение температуры нагрева прибора до 16 °C по сравнению с решениями конкурентов (рис. 2). Например, для зарядного устройства с топологией обратноходового преобразователя с рабочей частотой 140 кГц КПД этих транзисторов на 2,4% выше, а температура на 12 °C ниже, чем у приборов предыдущего семейства CoolMOS C6 650 В.
Компания Infineon использует для серии CoolMOS P7 технологию, которая обеспечивает низкое пороговое напряжение на затворе на уровне 3 В с очень малым разбросом – всего ±0,5 В (рис. 3). Это упрощает проектное решение и снижает потери холостого хода.
В серии CoolMOS P7 700 В, как и в CoolMOS P7 600 В, предлагается широкий выбор значений RDS(on) и типов корпусов (табл. 2).
В серии CoolMOS P7 800 В оптимизация ключевых параметров достигла нового уровня, что обеспечило наилучшее в классе сочетание эффективности, тепловых характеристик и простоты применения. Например, при использовании транзисторов этой серии совместно с доступным на рынке 80-Вт драйвером светодиодов объем запасаемой в выходной емкости энергии снижается на более чем 45%, а также значительно уменьшается заряд затвора по сравнению с конкурентными решениями. Кроме того, по сравнению с предыдущим поколением CoolMOS С3 уменьшены паразитные емкости CISS и COSS. Таким образом, повышение на 0,5% КПД при малых нагрузках позволило снизить потребляемую мощность в ждущем режиме в конечном приложении (рис. 4). При полной нагрузке КПД возрос на 0,3%, а температура прибора снизилась на 6 °C.
По сравнению с другими решениями на рынке технология, используемая в серии CoolMOS P7 800 В, позволяет реализовать значительно меньшие значения RDS(on) в более компактных корпусах, таких как DPAK (табл. 3). Это обеспечивает существенное повышение плотности мощности при весьма конкурентных ценах.
Недавно представленная компанией Infineon серия CoolMOS P7 950 В отвечает самым высоким требованиям при применении в маломощных импульсных источниках питания. Новое семейство обеспечивает на 50 В более высокое запирающее напряжение, чем его предшественник – CoolMOS C3 900 В, при этом демонстрирует выдающиеся параметры с точки зрения эффективности, надежности и простоты применения.
Транзисторы семейства CoolMOS P7 950 В отличаются наименьшим в своем классе значением RDS(on) для корпуса типа DPAK (табл. 4). Для этих приборов в корпусе для поверхностного монтажа характерно сопротивление в открытом состоянии 450 мОм, что более чем на 60% меньше, по сравнению с решениями ближайших конкурентов (рис. 5). Это обеспечивает более высокую плотность монтажа и в то же время сокращение количества используемых в конечном продукте элементов и меньшую стоимость сборки изделия.
Семейство CoolMOS P7 950 В демонстрирует лучшие в классе тепловые характеристики и эффективность. Например, при использовании совместно с 40-Вт адаптером питания транзисторы этой серии обеспечивают на 0,2% более высокий КПД и на 5,2 °C меньшую температуру по сравнению с аналогичными решениями конкурентов (рис. 6).
Высокие характеристики транзисторов CoolMOS во многом определяются параметрами и конструктивными особенностями корпусов. Для семейства CoolMOS P7 предлагается широкая номенклатура корпусов, как для поверхностного, так и выводного монтажа. Маломощные приложения, как правило, ориентированные на потребительские устройства, требуют применения недорогих корпусов. Недавно компания Infineon расширила семейство CoolMOS P7 транзисторами в корпусах TO‑220 FullPAK Narrow Lead (рис. 7) и SOT‑223 (рис. 8). Использование корпусов SOT‑223 позволяет реализовать более компактные и дешевые решения по сравнению с применением транзисторов в корпусе DPAK. При установке корпуса SOT‑223 на посадочное место DPAK температура прибора повышается всего на 2–3 °C. А если компоновка платы позволяет увеличить площадь контакта под выводом стока до 20 ммІ и более, то разница в нагреве сводится к нулю.
В бескорпусных источниках питания для семейства CoolMOS P7 рекомендуется применять корпуса TO‑220 FullPAK Wide Creepage с увеличенным до 4,25 мм расстоянием между выводами (рис. 9). Это позволяет снизить вероятность высоковольтного пробоя из-за пыли, которая может скапливаться в зазоре между выводами транзистора.
Для таких приложений, как зарядные устройства, рекомендуется применять транзисторы CoolMOS P7 в корпусе IPAK Short Lead (SL), который можно полностью вмонтировать в печатную плату, тем самым повысить выход годных на этапе сборки и обеспечить требуемую габаритную высоту изделия (рис. 10).
Для приложений более высокой мощности Infineon также предлагает инновационные корпусные решения. Одно из них – корпус TO‑247 4 pin (рис. 11) с дополнительным выводом истока транзистора (так называемым отводом Кельвина). Использование этого вывода позволяет исключить влияние паразитной индуктивности истока транзистора на выходное напряжение драйвера силового ключа и снизить потери при включении, что обеспечивает более быстрое переключение транзистора, повышение его КПД и рабочей частоты. Для семейства CoolMOS P7 Infineon применяет усовершенствованный корпус TO‑247 4 pin с асимметричным расположением выводов и увеличенным расстоянием между высоковольтными выводами.
Для приложений большой мощности, на применение в которых ориентирована серия CoolMOS P7 600 В, предлагаются корпуса D2PAK (рис. 12) и ThinPAK 8 Ч 8 (рис. 13). D2PAK – корпус для поверхностного монтажа со стандартным посадочным местом, а ThinPAK 8 Ч 8 – низкопрофильный корпус для поверхностного монтажа с компактным посадочным местом (всего 64 ммІ), отличается очень малой величиной паразитной индуктивности, поэтому рассматривается как оптимальный вариант для малогабаритных систем с большой плотностью мощности.
* * *
В заключение остается отметить, что семейство CoolMOS P7 – это сбалансированное решение, которое характеризуется наилучшим соотношением эффективности и цены, отличается простотой применения. Транзисторы этого семейства подходят для топологий как с мягким, так и жестким переключением, оптимизированы в целях упрощения проектных решений для широкого спектра приложений.
Для получения более подробной технической информации по продукции Infineon и заказа образцов обращайтесь в холдинг «Золотой Шар» (www.zolshar.ru).
Отзывы читателей
