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淺談超級結MOSFET的效率改善和小型化

周臻庸 ? 來源:羅姆 ? 作者:羅姆 ? 2023-02-17 11:37 ? 次閱讀

- 您已經介紹過BM2Pxxx系列對高效率、低功耗、低待機功耗、小型這4個課題的貢獻,多次提到“因為內置超級結MOSFET,……”。接下來請您介紹一下超級結MOSFET(以下簡稱“SJ MOSFET”)。
首先,重新整理一下SJ MOSFET做出貢獻的課題。

第一個是效率改善,第二個是小型化

- 那么先從效率開始談。為什么使用SJ-MOSFET可以改善效率?

先稍微介紹一下SJ MOSFET。傳統型號的MOSFET是平面結構,而SJ MOSFET僅僅是結構不同。當然,還有雜質濃度等細小差異。SJ MOSFET因結構不同,導通電阻RDS(ON)(ON)與柵極電荷量Qg顯著降低。

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SJ MOSFET本身其他公司也有生產,但是ROHM在推進獨自開發。此次內置的SJ MOSFET不僅實現了650V的高耐壓,還實現了低導通電阻與低柵極電荷,開關速度也非常快。這將大大改善開關即MOSFET的導通損耗與開關損耗。這兩方面的損耗少與效率改善密切相關。另外,損耗少的話,發熱就會少,因此也與可使用的IC封裝種類和尺寸等息息相關。

- 這涉及到第二個課題小型化對吧。

進一步講,一般MOSFET的導通電阻很大程度地依賴于元件尺寸。這一點平面MOSFET和SJ MOSFET一樣。也就是說,要想降低導通電阻,只要增加元件尺寸就可以。話雖如此,然而增大尺寸在如今的背景下卻不是可行的處理方法。

前面提到過SJ MOSFET的導通電阻小,準確地說應該是單位面積的導通電阻小,也就是說如果與平面MOSFET面積相同則導通電阻小,或者說如果導通電阻相同則面積會小。按可處理的功率講,相同面積的話可以處理大功率,相同功率的話則面積–即尺寸更小。這些可根據要求和目的來具體區分使用。

- 也就是說可根據處理的功率選用更小的封裝。

是的。ROHM的SJ MOSFET相對元件尺寸的導通電阻非常小,因此就能以采用小型SOP8封裝的芯片尺寸,實現4Ω這樣非常小的導通電阻。由此,于業界首家以SOP8實現了8W高功率密度。

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覆蓋到8W的其他公司的IC都是DIP7或者DIP8封裝,與到25W的封裝一樣。一般來說,8W以下的應用多比25W的應用小巧。在功率小的應用中希望采用更小封裝的IC是很自然的愿望。SJ MOSFET在滿足該需求方面功不可沒。

- 但是,AC/DC轉換器的其他元器件可能比較大。

關于這點在前面也稍微提到過一些,SJ MOSFET的高速開關性能可發揮作用。

基本上提高開關頻率,就能夠使用更小值的電感/變壓器、輸出電容器了。

如果值變小了,那么一般情況物理尺寸也會變小。簡單地說,提高開關頻率,外置元器件會呈反比變小。實際上DC/DC轉換器中,有高達10MHz的高速開關IC,結構極其精小,被作為小型便攜設備的電源使用。

- 那么,如果BM2Pxxx系列也能實現兆赫茲級別的開關是不是更好。

確實該系列產品實現了小型化,但如果提高開關速度,效率就會下降。剛才舉例提到的DC/DC轉換器是處理的功率很小、更重視小型化因而可多少犧牲些效率的應用。也就是大家常說的“權衡”。

效率下降是因為開關損耗。但是內置的SJ MOSFET與其說可以高速開關,倒不如說是因為開關損耗小所以可以高速使用。實現了處理較大功率的同時,維持必要的效率,用適當的開關速度使用小型外置元器件。該IC以65kHz為最合適。

- 照片上的評估板就是由相應尺寸的元器件組成的…

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這是稱為“BM2P094FEVK-001”的評估板,使用了稱為“BM2P094F”的SO-8封裝機型。輸出為5V/1A,5W。在表面的左中央處安裝的SO-8封裝就是BM2P094F。實際上,作為通用輸入的5W輸出產品已經相當小。當然,外置元器件需要數百伏的耐壓,因此形成現在的尺寸。拿來和DC/DC轉換器相比,稍微有點不合理。

- 關于小型化已經了解得很詳細了。關于效率方面,還希望您再稍微具體介紹一下。

是啊!在效率方面,可滿足Energy Star標準也是BM2Pxxx系列的特點,后續將結合Energy Star新版標準具體介紹。

審核編輯黃宇

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