隨著為個人計算機 (PC) 應用中的核心 DC-DC 轉(zhuǎn)換器開發(fā)的同步降壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率向 1MHz-2MHz 范圍移動,MOSFET 損耗變得更高。由于大多數(shù) CPU 需要更高的電流和更低的電壓,這一事實變得更加復雜。當我們添加其他控制損耗機制的參數(shù)(如電源輸入電壓和柵極驅(qū)動電壓)時,我們需要處理更復雜的現(xiàn)象。但這還不是全部,我們還有可能導致?lián)p耗顯著惡化并因此降低功率轉(zhuǎn)換效率 (ξ) 的次要影響。
現(xiàn)階段,多核架構(gòu)使微處理器在水平尺度上變得更密集、更快速,令這些器件所需功率急劇增加,直接導致向微處理器供電的穩(wěn)壓器模塊(VRM)的升級需求:一是穩(wěn)壓器的功率密度(單位體積的功率)升級,為了在有限空間中滿足系統(tǒng)的高功率要求,必須大幅提高功率密度;另一是功率轉(zhuǎn)換效率提升,高效率可降低功率損耗并改善熱管理。
傳統(tǒng)上,耗盡型 MOSFET 被歸類為線性器件,因為源極和漏極之間的傳導通道無法被夾斷,因此不適合數(shù)字開關(guān)。這種誤解的種子是由 Dawon Kahng 博士播下的,他在 1959 年發(fā)明了第一個耗盡型 MOSFET——只有三個端子當柵極控制電壓在電源和地之間變化時,柵極的三端耗盡型 MOSFET 的溝道。Dr. Kahng 的耗盡型 MOSFET 只能用作可變電阻或同相線性緩沖器。從那時起,耗盡型 MOSFET 一直被用作三端線性器件。
為了最大限度地減少開關(guān)階段的功耗,必須盡快對柵極電容器進行充電和放電。市場提供了特殊的電路來最小化這個過渡期。如果驅(qū)動器可以提供更高的柵極電流,則功率損耗會降低,因為功率瞬態(tài)的峰值會更短。一般來說,柵極驅(qū)動器執(zhí)行以下任務:
在設計功率轉(zhuǎn)換器時,可以使用仿真模型在多個設計維度之間進行權(quán)衡。使用有源器件的簡易開關(guān)模型可以進行快速仿真,帶來更多的工程洞見。然而,與制造商精細的器件模型相比,這種簡易的器件模型無法在設計中提供與之相匹敵的可信度。本文探討了功率轉(zhuǎn)換器設計人員該如何結(jié)合使用系統(tǒng)級模型和精細模型,探索設計空間,并帶來高可信度結(jié)果。本文使用MathWorks的系統(tǒng)級建模工具Simulink? 和 Simscape?,以及精細的英飛凌車規(guī)級MOSFET SPICE子電路),對該過程進行示范性展示。
該穩(wěn)壓器內(nèi)置一個MOSFET和一個續(xù)流二極管,MOSFET提供交流發(fā)電機勵磁電流,當勵磁關(guān)閉時,續(xù)流二極管負責提供轉(zhuǎn)子電流。發(fā)電機閉環(huán)運行具有負載響應控制 (LRC)和回路LRC控制,當車輛的整體電能需求不斷變化時,使輸出電壓保持穩(wěn)定不變。
2022年樂瓦微推出新一代-60V P 溝道 SGT MOSFET系列產(chǎn)品,性能達到行業(yè)領先水平。P 溝道 MOSFET采用空穴流作為載流子,其遷移率小于N溝道 MOSFET 中的電子流,獨特的柵極負壓開啟機制,使其成為高端開關(guān)的理想選擇。P 溝道MOSFET特性的優(yōu)勢在于可簡化柵極驅(qū)動技術(shù),降低應用的設計復雜度,從而降低整體成本。
在上一集中觀察到的雙極晶體管的缺點是開關(guān)時間太長,尤其是在高功率時。這樣,它們不能保證良好的飽和度,因此開關(guān)損耗是不可接受的。由于采用了“場效應”技術(shù),使用稱為 Power-mos 或場效應功率晶體管的開關(guān)器件,這個問題已大大減少。在任何情況下,表示此類組件的最常用名稱是 MOSFET。
碳化硅 (SiC) 因其更高的開關(guān)頻率和更高的結(jié)溫而被稱為汽車行業(yè)傳統(tǒng) Si IGBT 器件的繼承者。此外,在過去五年中,汽車行業(yè)已成為基于 SiC 的逆變器的公共試驗場。事實證明,通過 SiC 轉(zhuǎn)換器實現(xiàn) DC 到 AC 的基本轉(zhuǎn)換比硅 (Si) 轉(zhuǎn)換器更小、更輕且更高效,因此寬帶隙器件在汽車行業(yè)的潛力將顯著增長。
工業(yè)電源應用基于強大的電動機,可以在風扇、泵、伺服驅(qū)動器、壓縮機、縫紉機和冰箱中找到。三相電動機是最常見的電動機類型,它由適當?shù)幕谀孀兤鞯尿?qū)動器驅(qū)動。它可以吸收一個行業(yè)高達 60% 的全部電力需求,因此對于驅(qū)動器提供高效率水平至關(guān)重要。
本文追溯了電力電子的歷史,可追溯到硅MOSFET仍用于驅(qū)動強大的電子負載時。讓我們通過描述、應用和模擬重新發(fā)現(xiàn)硅的世界,了解電子世界是如何在短短幾年內(nèi)發(fā)生巨大變化的,因為新的 SiC 和 GaN MOSFET 的發(fā)現(xiàn)和開發(fā)。
與低功率同類產(chǎn)品不同,MOSFET、IGBT、功率二極管和晶閘管等功率器件會產(chǎn)生大量熱量。因此,有效的熱管理對于確保電力電子設備的可靠性和優(yōu)化的壽命性能至關(guān)重要,包括由更高工作溫度、寬帶隙 (WBG) 半導體材料制成的設備。
今天的汽車配備了種類繁多的電子配件和電子安全輔助裝置,使車輛更具吸引力、更安全和更易于使用。此外,傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)(如動力轉(zhuǎn)向和自動變速箱)正在被電動等效系統(tǒng)取代,以幫助減輕整體重量并提高燃油經(jīng)濟性。
電力設計是由市場需求驅(qū)動的,以提高效率和生產(chǎn)力,同時符合法規(guī)要求。最重要的最終用戶需求幾乎總是更小、更輕、更高效的系統(tǒng),這得益于功率半導體設計的重大創(chuàng)新。在硅 MOSFET 和 IGBT 長期以來一直在功率半導體中占據(jù)主導地位的地方,寬帶隙 (WBG) 技術(shù),尤其是碳化硅 (SiC) 技術(shù)的最新進展正在為電力電子系統(tǒng)的設計人員帶來額外的好處,提高效率和更高的電壓能力,從而減少形式因素。
2022年3月24日,世強硬創(chuàng)平臺與成都方舟微電子有限公司(下稱“方舟微“)簽署合作協(xié)議,方舟微授權(quán)世強硬創(chuàng)平臺代理旗下耗盡型MOSFET、增強型MOSFET和保護器件等全線產(chǎn)品。
在幾家造車新勢力高調(diào)推出搭載碳化硅芯片模組的主驅(qū)逆變器大功率平臺電動汽車后,中國功率半導體上車進程開始進入白熱化,電車廠紛紛加快碳化硅模塊的研發(fā)及布局。
宜普電源轉(zhuǎn)換公司(EPC)新推40 V、1.1 mΩ的氮化鎵場效應晶體管(EPC2066),為設計工程師提供比硅MOSFET更小、更高效的器件,用于高性能、占板面積受限的應用。
【2022 年 05 月 26 日美國德州普拉諾訊】Diodes 公司 (Diodes) (Nasdaq:DIOD) 宣布推出創(chuàng)新高電流、高熱效率且符合電動車 (EV) 產(chǎn)品應用需求的功率封裝 PowerDI?8080-5。PowerDI?8080-5 封裝的首款產(chǎn)品為 DMTH4M70SPGWQ,在 10V 閘極驅(qū)動下,此款符合汽車規(guī)格的 40V MOSFET 典型 RDS(ON) 僅為 0.54mΩ,閘極電荷為 117nC。如此領先業(yè)界的效能使汽車高功率 BLDC 馬達驅(qū)動器、DC-DC 轉(zhuǎn)換器及充電系統(tǒng)的設計人員能大幅提升系統(tǒng)效率,同時確保將功耗維持在絕對最低水平。
在線性模式工作時,MOSFET必須在惡劣工作條件下工作,承受很高的漏極電流(ID)和漏源電壓 (VDS),然后還需處理很高的功率。這些器件必須滿足一些技術(shù)要求才能提高耐用性,還必須符合熱管理限制,才能避免熱失控。
2022 年 5 月 18日,中國 – 意法半導體的 STPOWER MDmesh M9和DM9硅基N溝道超結(jié)多漏極功率MOSFET晶體管非常適用于設計數(shù)據(jù)中心服務器、5G基礎設施、平板電視機的開關(guān)式電源 (SMPS)。