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Sep 28, 2023

Los MOSFET Super Junction abordan la eficiencia en el mundo de la alta

Mientras la red eléctrica mundial lucha por mantenerse al día con el crecimiento de la demanda, la industria de los semiconductores de potencia continúa encontrando formas innovadoras de hacer más con menos. Semiconductores Rohm, Alfa y Omega, y

Mientras la red eléctrica mundial lucha por mantenerse al día con el crecimiento de la demanda, la industria de los semiconductores de potencia continúa encontrando formas innovadoras de hacer más con menos. Rohm, Alpha and Omega Semiconductor y Toshiba han anunciado las últimas piezas de sus líneas de productos MOSFET de potencia Super Junction (SJ MOSFET) diseñadas precisamente para ese propósito.

Si ha pasado mucho tiempo con MOSFET, comprenderá bien los problemas del RDS (encendido) (resistencia entre el drenaje y la fuente mientras está encendido). Un RDS (encendido) más bajo permite pérdidas menores y una acumulación de calor reducida con la corriente. Sin embargo, RDS (activado) normalmente aumenta a medida que aumentan el voltaje, el flujo de corriente y la velocidad de conmutación. Los diseñadores de muchas clases de equipos, especialmente en control de potencia y motores, desean utilizar voltajes más altos para reducir la corriente con la misma potencia nominal y mejorar las características de ruido del dispositivo. Un RDS(on) posteriormente más alto va en contra de los objetivos de eficiencia.

El otro factor principal que contribuye a la pérdida de energía de los MOSFET es el tiempo de conmutación. Cuando está completamente apagada o completamente encendida, la corriente de la puerta es efectivamente cero. Sin embargo, durante la conmutación, los dispositivos consumen corriente a través de la puerta. Los MOSFET tienen una pequeña cantidad de capacitancia de compuerta que afectará el tiempo máximo de conmutación, consumiendo corriente mientras se carga o descarga la capacitancia de compuerta. El tiempo de conmutación en el circuito es más o menos fijo, por lo que una velocidad de reloj más alta dará como resultado que la corriente de la puerta se consuma durante un mayor porcentaje de tiempo.

Esta, por cierto, es una de las razones por las que no debería hacer flotar una entrada no utilizada de un dispositivo MOSFET. El ruido en una puerta flotante provocará pérdidas de corriente por conmutación, incluso si no pasa corriente a través de la pieza.

El SJ MOSFET es una de las formas en que la industria aborda los desafíos del tiempo de conmutación y RDS(on). En este artículo, analizaré tres nuevos MOSFET SJ de 600 V de Rohm, Alpha y Omega y Toshiba.

MOSFET SJ de 600 V

ID (Máx. continuo/pulsado)

4A–9A

12 A–27 A

50 A/200 A

40 A/160 A

RDS (encendido)

510 mΩ–1330 mΩ

<50 mΩ

<55 mΩ, máx.

Trr (Tiempo para revertir)

40 ns

450 ns

Aplicaciones de destino

Rohm ha agregado tres nuevos modelos a su línea de productos PrestoMOS SJ MOSFET. Los dispositivos Rohm enfatizan el bajo nivel de ruido y el tiempo rápido de recuperación inversa (Trr) del diodo incorporado en el cuerpo. A 40 ns, Rohm afirma que es el Trr más rápido disponible para un MOSFET de 600 V. Low Trr reduce las pérdidas de conmutación en aproximadamente un 30 % y mantiene el ruido bajo.

Muchos dispositivos que en el pasado usaban motores de CA de voltaje de línea ahora usan motores de CC sin escobillas (BLDC) para reducir el ruido, reducir el consumo de energía y aumentar el control. Esto incluye electrodomésticos como refrigeradores, ventiladores, acondicionadores de aire y una variedad de otros dispositivos de motor pequeño de ciclo de trabajo medio. Las versiones más recientes de estos productos utilizan inversores de potencia MOSFET para crear energía CC de alto voltaje, que utiliza inversores de potencia y controladores de motor basados ​​en MOSFET.

Al cambiar de motores de CA completamente encendidos o completamente apagados, un refrigerador, por ejemplo, puede consumir entre un 20% y un 30% menos de electricidad durante su vida útil y tendrá un nivel de ruido de audio mucho más bajo. Este tipo de aplicación es a lo que apunta Rohm con la serie R60xxRNx.

Las generaciones anteriores de MOSFET requerían circuitos de reducción de ruido complejos adicionales para funcionar a altas velocidades. Esta generación de SJ MOSFET reduce la necesidad de esos circuitos al reducir las características de ruido en 40 dB a una velocidad de conmutación de 40 MHz, lo que permite un ciclo de diseño más rápido y menos componentes discretos.

Alpha y Omega Semiconductor presentaron el primer modelo de su nueva línea MOSFET SJ de 600 V, denominada αMOS7. El AOK050V60A7 admite una corriente de drenaje continua de 50 A a 25 °C y hasta 200 A de corriente de drenaje pulsada en un encapsulado TO-247.

Si bien los dispositivos Rohm mencionados anteriormente están diseñados para cargas de corriente de menos de 10 A para motores e inversores de potencia de motor, los MOSFET Alpha y Omega SJ son dispositivos de mayor corriente diseñados para sistemas de energía de misión crítica, como fuentes de alimentación de servidor con clasificación de titanio, EV equipos de carga y inversores para granjas solares.

Las piezas Alpha y Omega no tienen la velocidad de conmutación de las piezas Rohm, sino que están diseñadas para ofrecer un RDS (encendido) inferior a 50 mΩ a corrientes más altas y, al mismo tiempo, ofrecen un tiempo de conmutación adecuado y una Qrr (carga de recuperación inversa del diodo del cuerpo) reducida debido a su diodo de cuerpo resistente.

Toshiba ha lanzado su cuarta generación de SJ MOSFET, conocidos como DTMOSVI, que se centran en mejoras de procesos para reducir tanto el RDS (encendido) como mejorar la conmutación de alta velocidad. Al igual que los de Alpha y Omega, la pieza DTMOSVI más nueva de Toshiba, la TK055U60Z1, está en el rango de 40 A y apunta a fuentes de alimentación de centros de datos de mayor eficiencia, acondicionadores de energía para generadores de energía solar, fuentes de alimentación ininterrumpida y aplicaciones similares.

Toshiba optimizó el diseño y el proceso de la compuerta para reducir el área por unidad RDS(on) en un 13 % y la carga de drenaje de compuerta x RDS(on) en un 25 % en comparación con su serie DTMOSIV-H de generación actual con la misma clasificación de voltaje. Estas mejoras hacen que las nuevas piezas tengan un mejor rendimiento tanto en pérdidas de conducción como de conmutación.

El TK055U60Z1, el primero de la nueva serie de MOSFET, ofrece una corriente de drenaje continua de 40 A a 150 °C y una corriente pulsada de 160 A en un paquete de montaje en superficie TOLL de Toshiba.

Aunque las piezas Alpha, Omega y Toshiba están diseñadas para suministro de energía y el producto Rohm para aplicaciones de motores, los tres utilizan las características de la arquitectura SJ MOSFET para mejorar la eficiencia de los MOSFET y reducir las pérdidas de energía. Dado que las aplicaciones basadas en MOSFET se están volviendo omnipresentes en cualquier lugar donde se utilice electricidad, las ganancias en la eficiencia de los dispositivos, como las que se muestran en estos componentes, tendrán un impacto de amplio alcance.

Espere ver más ofertas en el campo SJ MOSFET de estas empresas y otras a medida que la necesidad de sacar más provecho de las redes eléctricas del mundo sigue ganando importancia.