I MOSFET Super Junction aumentano l'efficienza energetica e riducono le dimensioni dei MOSFET Sibling

9 ore fa p Adrian Gibbons I progettisti hardware che operano nei settori automobilistico, industriale e di consumo sono costantemente sollecitati a progettare sistemi più efficienti dal punto di vista energetico. Un dispositivo che sta diventando sempre più popolare per tali sistemi è il MOSFET Super Junction (SJ). Le capacità di commutazione della tensione dei MOSFET SJ significano maggiori efficienze di potenza e dimensioni del contenitore più piccole rispetto ai MOSFET planari.
Ma come funzionano esattamente questi dispositivi? Le strutture MOSFET di potenza planare tradizionali sono soggette a una maggiore resistenza RDS (on) con commutazione di tensione nominale più elevata che porta a perdite di conduzione più elevate, secondo una nota applicativa di Vishay. RDS (on) è composto da tre elementi di resistività: canale, strato epitassiale e strato di substrato. Un aumento di RDS (on) si verifica principalmente nello strato epitassiale tra il corpo del MOSFET e il substrato.
Secondo Vishay, per ogni raddoppio della tensione nominale, l'area richiesta per mantenere il precedente RDS (attivo) aumenta di cinque volte. Rispetto a un normale MOSFET, la struttura di un MOSFET SJ è in grado di bloccare con successo tensioni più elevate con un RDS inferiore (acceso) bilanciando le regioni drogate. Ciò si traduce in una relazione lineare tra la tensione nominale di rottura e la resistività attiva.
I progettisti devono anche considerare le perdite di commutazione causate dalla capacità del gate. Convenientemente, la piccola area di un MOSFET SJ (rispetto a un MOSFET planare con tensione nominale più elevata) significa che anche la capacità di gate è migliorata. Uno svantaggio con contenitori di dimensioni inferiori è che diminuiscono la capacità di gestione della potenza totale.
Come esempio di un MOSFET Super Junction in azione, MagnaChip ha recentemente annunciato due nuove serie di MOSFET SJ per applicazioni che richiedono la commutazione a 700 V e 800 V. Secondo MagnaChip, la serie di MOSFET di commutazione ad alta tensione è destinata a molteplici applicazioni, inclusa la produzione televisiva di display OLED (700 V). Inoltre, i chipset da 800 V trovano applicazione in stazioni di ricarica rapida e illuminazione a LED per interni.
MagnaChip dichiara una riduzione della carica del gate del 30%, migliorando così l'efficienza energetica riducendo le perdite di commutazione. I dispositivi contengono un diodo Zener incorporato tra gate e source per migliorare la protezione del pacchetto dagli eventi ESD. "Vi è una forte domanda per i MOSFET SJ da 700 V e 800 V e siamo lieti di presentare otto nuovi prodotti", ha affermato YJ Kim, CEO di MagnaChip.
"Queste nuove famiglie di prodotti ci consentiranno di ampliare la nostra applicazione copertura nei segmenti del mercato consumer e industriale. Siamo gratificati dalla risposta dei clienti e faremo leva sulla nostra linea di prodotti di alta qualità e sulla leadership tecnologica per espandere il nostro portafoglio di MOSFET SJ in altre aree ". I MOSFET SJ hanno trovato la loro strada in numerose applicazioni di alimentazione, dalle stazioni di ricarica per veicoli elettrici agli schermi televisivi OLED.
Ad esempio, una delle applicazioni dichiarate per la nuova serie 80 V di MOSFET SJ rilasciati da MagnaChip sono i caricabatterie EV. L'efficienza energetica di questi dispositivi è della massima importanza, soprattutto perché la tensione dei propulsori elettrici aumenta di anno in anno. In passato, molte architetture EV utilizzavano un sistema di ricarica a 400 V.
La commutazione a 400 V significa un aumento delle dimensioni fisiche dell'infrastruttura di cablaggio o una diminuzione della capacità di gestione della potenza del sistema. L'anno scorso, Ars Technica ha riferito della Porsche Taycan, un nuovo modello di EV che funziona su un treno di trasmissione elettrica da 800 V. Il sistema a 800 V della Porsche può assorbire fino a un massimo di 270 kW.
Oltre alla ricarica rapida, sono molto diffuse le applicazioni nell'illuminazione industriale dei LED. L'anno scorso, EE Power ha riferito del rilascio di un driver LED da 800 V (controller in modalità corrente HVLED001B) da STMicroelectronics. La serie MagnaChip 700 V troverà la sua strada negli schermi televisivi OLED di nuova produzione come il cuore della tecnologia dei driver LED per i display.
Hai esperienza pratica con i MOSFET SJ? Come si confrontano con la tua esperienza con i MOSFET tradizionali? Fateci sapere nei commenti qui sotto..