高效能低電壓Power MOSFET及其參數(shù)與應(yīng)用

　　對(duì)大部份的應(yīng)用而言，導(dǎo)通時(shí)所造成之導(dǎo)通損耗，仍占整體Power MOSFET損耗的大部份，因此各家廠(chǎng)商均致力于降低Power MOSFET之導(dǎo)通電阻。Power MOSFET的最低導(dǎo)通電阻從1996年的12mΩ降到2007年的2mΩ。目前，Super SO8封裝的OptiMOS？ Power MOSFET，最大額定導(dǎo)通電阻僅為1.6mΩ，如此低的導(dǎo)通電阻大幅地減少了導(dǎo)通損耗，提高了應(yīng)用電路的功率密度。

　　如前述，柵極電荷為造成切換損耗及驅(qū)動(dòng)損耗之主要成因。Super SO8封裝的OptiMOS？比OptiMOS？在相同的切換頻率下，有較低的柵極驅(qū)動(dòng)損耗，使得驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)載降低約30%，降低了驅(qū)動(dòng)器工作溫度。

　　2 高功率/低熱阻

　　由式（2）可知，Power MOSFET所能承受的最大功率損耗，是由Die的接觸面到外殼間的熱阻所決定，因此要達(dá)到高功率并減少導(dǎo)通電阻的目的，除了改良開(kāi)發(fā)新的Power MOSFET或工藝技術(shù)外，封裝的方式亦扮演著重要的角色。Super SO-8的封裝相較于傳統(tǒng)之SO-8封裝，除了將Die直接連接到Leadframe大幅度減少熱阻外，采用Clip連接方式，減少在焊接點(diǎn)及接觸點(diǎn)的電阻外，進(jìn)而減少等效導(dǎo)通電阻外和組件本身的寄生電感也是其特點(diǎn)。

　　為應(yīng)對(duì)小型化或小功率電路的需求，Infineon Technologies另采用了全新的高性能Shrink Super SO8（S3O8）封裝（3mm×3mm）。如圖4所示，這將使轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所需的MOSFET板面面積減小約60%。除了可用來(lái)開(kāi)發(fā)小型DC/DC轉(zhuǎn)換器之外，還可用于提高特定標(biāo)準(zhǔn)尺寸電源的輸出功率。

　　圖4 SO-8、Super SO8與S308尺寸比較圖

　　效能測(cè)試

　　以下將以單相同步整流降壓轉(zhuǎn)換器，分別測(cè)試不同低壓Power MOSFET在不同切換頻率下的效率及溫升表現(xiàn)，驗(yàn)證前述之論點(diǎn)，表1為效能測(cè)試條件。

　　以200kHz操作頻率進(jìn)行測(cè)試，依據(jù)圖5，OptiMOS？的最高效率約可較OptiMOS？高0.4%，較同類(lèi)產(chǎn)品1高1%，較同類(lèi)產(chǎn)品2高5%；在圖6中，OptiMOS？的溫升，約可較OptiMOS？低2～3℃，較同類(lèi)產(chǎn)品1低4～5℃，較同類(lèi)產(chǎn)品2低9～10℃。

　　圖5 效率比較圖（faw＝200KHZ）

　　圖6 溫升比較圖（fsw＝200KHZ）

　　以400kHz操作頻率進(jìn)行測(cè)試，依據(jù)測(cè)試結(jié)果，在圖7中，OptiMOS？的最高效率約可較OptiMOS？高0.8%，較同類(lèi)產(chǎn)品1高2%，較同類(lèi)產(chǎn)品2高7%；在圖8中，OptiMOS？的溫升，約可較OptiMOS？低2～3℃，較同類(lèi)產(chǎn)品1低8～9℃，較同類(lèi)產(chǎn)品2低20～25℃。

　　圖7 效率比較圖 fsw＝400KHZ

　　圖8 溫升比較圖 fsw＝400KHZ

　　結(jié)論

　　選用Power MOSFET，除了最大耐壓、最大電流能力及導(dǎo)通電阻外，尚有其他在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要注意的參數(shù)，如傳導(dǎo)、柵極電荷、崩潰、溫度的影響。

　　在現(xiàn)今對(duì)電子產(chǎn)品節(jié)能及高效率的規(guī)格要求趨勢(shì)下，除新式轉(zhuǎn)換器的開(kāi)發(fā)及使用外，使用高效能的功率半導(dǎo)體可以有效縮短這些相關(guān)產(chǎn)品的電源供應(yīng)裝置的開(kāi)發(fā)時(shí)程，并能輕易達(dá)到系統(tǒng)之規(guī)格需求。