Енергетски полупроводнички уређаји имају широку примену у индустрији, потрошњи, војним и другим областима и имају високу стратешку позицију. Хајде да погледамо укупну слику уређаја за напајање са слике:
Енергетски полупроводнички уређаји се према степену контроле сигнала кола могу поделити на пун тип, полуконтролисани тип и неконтролисани тип. Или према својствима сигнала погонског кола, може се поделити на напонски, струјни итд.
| Класификација | тип | Полупроводнички уређаји специфичне снаге |
| Управљивост електричних сигнала | Полуконтролисани тип | СЦР |
| Потпуна контрола | ГТО、ГТР, МОСФЕТ、ИГБТ | |
| Неконтролисано | Повер Диоде | |
| Својства возног сигнала | Тип напонски | ИГБТ、МОСФЕТ、СИТХ |
| Тренутни погонски тип | СЦР、ГТО、ГТР | |
| Ефективни таласни облик сигнала | Тип пулсног окидача | СЦР、ГТО |
| Електронски тип управљања | ГТР、МОСФЕТ、ИГБТ | |
| Ситуације у којима учествују електрони који носе струју | биполарни уређај | Повер Диоде、СЦР、ГТО、ГТР、БСИТ、БЈТ |
| Униполарни уређај | МОСФЕТ、СИТ | |
| Композитни уређај | МЦТ, ИГБТ, СИТХ и ИГЦТ |
Различити енергетски полупроводнички уређаји имају различите карактеристике као што су напон, струјни капацитет, способност импедансе и величина. У стварној употреби, потребно је одабрати одговарајуће уређаје у складу са различитим областима и потребама.
Индустрија полупроводника је од свог рођења прошла кроз три генерације материјалних промена. До сада се први полупроводнички материјал који представља Си и даље углавном користи у области енергетских полупроводничких уређаја.
| Полупроводнички материјал | Бандгап (еВ) | Тачка топљења (К) | главна апликација | |
| Полупроводнички материјали 1. генерације | Ge | 1.1 | 1221 | Транзистори ниског напона, ниске фреквенције, средње снаге, фотодетектори |
| Полупроводнички материјали 2. генерације | Si | 0.7 | 1687 | |
| Полупроводнички материјали 3. генерације | ГаАс | 1.4 | 1511 | Микроталасна, уређаји милиметарског таласа, уређаји који емитују светлост |
| СиЦ | 3.05 | 2826 | 1. Високотемпературни, високофреквентни уређаји велике снаге отпорни на зрачење 2. Плаве, класне, љубичасте светлеће диоде, полупроводнички ласери | |
| ГаН | 3.4 | 1973 | ||
| АИН | 6.2 | 2470 | ||
| C | 5.5 | >3800 | ||
| ЗнО | 3.37 | 2248 | ||
Сумирајте карактеристике полуконтролисаних и потпуно контролисаних уређаја за напајање:
| Тип уређаја | СЦР | ГТР | МОСФЕТ | ИГБТ |
| Тип контроле | Пулсни окидач | Тренутна контрола | контрола напона | филмски центар |
| линија за самоискључивање | Искључивање комутације | уређај за самогашење | уређај за самогашење | уређај за самогашење |
| радна фреквенција | <1кхз | <30кхз | 20 кХз-Мхз | <40кхз |
| Погонска снага | мали | велики | мали | мали |
| комутациони губици | велики | велики | велики | велики |
| губитак проводљивости | мали | мали | велики | мали |
| Напон и струјни ниво | 最大 | велики | минимум | више |
| Типичне примене | Индукционо грејање средње фреквенције | УПС фреквентни претварач | прекидачко напајање | УПС фреквентни претварач |
| цена | најниже | ниже | у средини | Најскупљи |
| ефекат модулације проводљивости | имати | имати | ниједан | имати |
Упознајте МОСФЕТ-ове
МОСФЕТ има високу улазну импеданцију, ниску буку и добру термичку стабилност; има једноставан производни процес и јако зрачење, тако да се обично користи у круговима појачала или склопним колима;
(1) Главни параметри избора: напон дрејн-извор ВДС (издржљиви напон), ИД континуирана струја цурења, РДС(он) отпор на укључењу, улазни капацитет Цисс (капацитивност споја), фактор квалитета ФОМ=Рон*Кг, итд.
(2) Према различитим процесима, подељен је на ТренцхМОС: ров МОСФЕТ, углавном у пољу ниског напона унутар 100В; СГТ (Сплит Гате) МОСФЕТ: сплит гате МОСФЕТ, углавном у пољу средњег и ниског напона унутар 200В; СЈ МОСФЕТ: супер спојни МОСФЕТ, углавном у високонапонском пољу 600-800В;
У прекидачком напајању, као што је коло са отвореним одводом, одвод је повезан са оптерећењем нетакнут, што се назива отвореним одводом. У кругу са отвореним одводом, без обзира на висок напон на који је оптерећење прикључено, струја оптерећења се може укључити и искључити. То је идеалан аналогни прекидачки уређај. Ово је принцип МОСФЕТ-а као прекидачког уређаја.
Што се тиче тржишног удела, МОСФЕТ-ови су скоро сви концентрисани у рукама великих међународних произвођача. Међу њима, Инфинеон је 2015. године преузео ИР (Америцан Интернатионал Рецтифиер Цомпани) и постао лидер у индустрији. ОН Семицондуцтор је такође завршио аквизицију Фаирцхилд Семицондуцтор-а у септембру 2016. године, тржишни удео је скочио на друго место, а затим су продајни рангови били Ренесас, Тосхиба, ИВЦ, СТ, Висхаи, Ансхи, Магна итд.;
Маинстреам МОСФЕТ брендови су подељени у неколико серија: амерички, јапански и корејски.
Америчке серије: Инфинеон, ИР, Фаирцхилд, ОН Семицондуцтор, СТ, ТИ, ПИ, АОС, итд.;
јапански: Тосхиба, Ренесас, РОХМ, итд.;
Корејске серије: Магна, КЕЦ, АУК, Морина Хиросхи, Схинан, КИА
Категорије МОСФЕТ пакета
Према начину на који је инсталиран на ПЦБ плочи, постоје два главна типа МОСФЕТ пакета: плуг-ин (Тхроугх Холе) и површински монтиран (Сурфаце Моунт). ,
Тип плуг-ин значи да игле МОСФЕТ-а пролазе кроз монтажне рупе на ПЦБ плочи и заварене су за ПЦБ плочу. Уобичајени пакети додатака укључују: двоструки ин-лине пакет (ДИП), пакет транзисторских оквира (ТО) и пакет пин мреже (ПГА).
Плуг-ин паковање
Површинска монтажа је место где су МОСФЕТ пинови и прирубница за расипање топлоте заварени за јастучиће на површини ПЦБ плоче. Типични пакети за површинску монтажу укључују: контуру транзистора (Д-ПАК), транзистор малог оквира (СОТ), мали оквир (СОП), четвороструки равни пакет (КФП), пластични оловни носач чипа (ПЛЦЦ) итд.
пакет за површинску монтажу
Са развојем технологије, ПЦБ плоче као што су матичне плоче и графичке картице тренутно користе све мање директног плуг-ин паковања, а више се користи амбалажа за површинску монтажу.
1. Двоструки ин-лине пакет (ДИП)
ДИП пакет има два реда пинова и треба га уметнути у утичницу за чип са ДИП структуром. Метода његовог извођења је СДИП (Схринк ДИП), што је двоструко скупљајући пакет. Густина пинова је 6 пута већа од ДИП-а.
Облици структуре ДИП амбалаже укључују: вишеслојни керамички дуал-ин-лине ДИП, једнослојни керамички дуал-ин-лине ДИП, оловни оквир ДИП (укључујући тип стакло-керамичке заптивке, тип структуре пластичне капсуле, керамичку инкапсулацију стакла ниског топљења тип) итд. Карактеристика ДИП паковања је да лако може да реализује заваривање ПЦБ плоча кроз рупе и има добру компатибилност са матичном плочом.
Међутим, пошто су његова површина паковања и дебљина релативно велики, а игле се лако оштећују током процеса укључивања и искључивања, поузданост је лоша. Истовремено, због утицаја процеса, број пинова углавном не прелази 100. Дакле, у процесу високе интеграције електронске индустрије, ДИП паковање се постепено повлачи са позорнице историје.
2. Оквирни пакет транзистора (ТО)
Ране спецификације паковања, као што су ТО-3П, ТО-247, ТО-92, ТО-92Л, ТО-220, ТО-220Ф, ТО-251, итд., су сви дизајни паковања са прикључком.
ТО-3П/247: То је уобичајени облик паковања за средње-високонапонске и високострујне МОСФЕТ-ове. Производ има карактеристике високог отпорног напона и јаке отпорности на квар.
ТО-220/220Ф: ТО-220Ф је потпуно пластично паковање и нема потребе за додавањем изолационе подлоге када се поставља на радијатор; ТО-220 има метални лим повезан са средњим иглом, а изолациони јастучић је потребан приликом уградње радијатора. МОСФЕТ-ови ова два стила паковања имају сличан изглед и могу се користити наизменично.
ТО-251: Овај упаковани производ се углавном користи за смањење трошкова и смањење величине производа. Углавном се користи у окружењима са средњим напоном и високом струјом испод 60А и високим напоном испод 7Н.
ТО-92: Овај пакет се користи само за нисконапонски МОСФЕТ (струја испод 10А, издржи напон испод 60В) и високонапонски 1Н60/65, како би се смањили трошкови.
Последњих година, због високих трошкова заваривања у процесу паковања са утичницом и лошијих перформанси одвођења топлоте у односу на производе типа закрпа, потражња на тржишту за површинску монтажу је наставила да расте, што је такође довело до развоја ТО паковања у амбалажу за површинску монтажу.
ТО-252 (који се назива и Д-ПАК) и ТО-263 (Д2ПАК) су оба пакета за површинску монтажу.。
ДА пакује изглед производа
ТО252/Д-ПАК је пластични пакет чипова, који се обично користи за паковање енергетских транзистора и чипова за стабилизацију напона. То је један од актуелних мејнстрим пакета. МОСФЕТ који користи овај метод паковања има три електроде, капију (Г), одвод (Д) и извор (С). Игла за одвод (Д) је одсечена и не користи се. Уместо тога, хладњак на задњој страни се користи као одвод (Д), који је директно заварен за ПЦБ. С једне стране, користи се за излаз великих струја, а са друге стране одводи топлоту кроз ПЦБ. Дакле, постоје три Д-ПАК јастучића на штампаној плочи, а дренажна (Д) јастучића је већа. Његове спецификације паковања су следеће:
Спецификације величине пакета ТО-252/Д-ПАК
ТО-263 је варијанта ТО-220. Углавном је дизајниран да побољша ефикасност производње и расипање топлоте. Подржава изузетно високу струју и напон. Чешћи је код средњенапонских високострујних МОСФЕТ-ова испод 150А и изнад 30В. Поред Д2ПАК (ТО-263АБ), укључује и ТО263-2, ТО263-3, ТО263-5, ТО263-7 и друге стилове, који су подређени ТО-263, углавном због различитог броја и удаљености пинова .
Спецификација величине пакета ТО-263/Д2ПАКs
3. Пакет пин грид низа (ПГА)
Постоји више пинова квадратног низа унутар и изван ПГА (Пин Грид Арраи Пацкаге) чипа. Сваки пин квадратног низа је распоређен на одређеној удаљености око чипа. У зависности од броја игала, може се формирати у 2 до 5 кругова. Током инсталације, само убаците чип у посебну ПГА утичницу. Има предности лаког укључивања и искључивања и високе поузданости и може се прилагодити вишим фреквенцијама.
ПГА стил пакета
Већина његових чип супстрата је направљена од керамичког материјала, а неки користе специјалну пластичну смолу као подлогу. Технолошки, централно растојање игле је обично 2,54 мм, а број пинова се креће од 64 до 447. Карактеристика ове врсте паковања је да што је мања површина паковања (запремина), то је мања потрошња енергије (перформансе). ) може да издржи, и обрнуто. Овај стил паковања чипова био је чешћи у раним данима и углавном се користио за паковање производа велике потрошње енергије као што су ЦПУ. На пример, Интел-ов 80486 и Пентиум користе овај стил паковања; није широко прихваћен од стране произвођача МОСФЕТ-а.
4. Пакет транзистора малог оквира (СОТ)
СОТ (Смалл Оут-Лине Трансистор) је пакет транзистора мале снаге, који углавном укључује СОТ23, СОТ89, СОТ143, СОТ25 (тј. СОТ23-5), итд. СОТ323, СОТ363/СОТ26 (тј. СОТ23-6) и други типови су изведене, које су мање величине од ТО пакета.
Тип СОТ пакета
СОТ23 је уобичајено коришћени транзисторски пакет са три игле у облику крила, односно колектора, емитера и базе, који су наведени на обе стране дугачке стране компоненте. Међу њима, емитер и база су на истој страни. Уобичајени су у транзисторима мале снаге, транзисторима са ефектом поља и композитним транзисторима са мрежама отпорника. Имају добру снагу, али лошу лемљивост. Изглед је приказан на слици (а) испод.
СОТ89 има три кратка пина распоређена на једној страни транзистора. Друга страна је метални хладњак повезан са базом како би се повећала способност одвођења топлоте. Уобичајен је код силицијумских транзистора за површинску монтажу и погодан је за апликације веће снаге. Изглед је приказан на слици (б) испод.
СОТ143 има четири кратке игле у облику крила, које су изведене са обе стране. Шири крај игле је колектор. Овај тип пакета је уобичајен у високофреквентним транзисторима, а његов изглед је приказан на слици (ц) испод.
СОТ252 је транзистор велике снаге са три пина која воде са једне стране, а средњи пин је краћи и представља колектор. Повежите се са већом иглом на другом крају, која је бакарни лим за одвођење топлоте, а његов изглед је као што је приказано на слици (д) испод.
Уобичајено поређење изгледа СОТ пакета
Четири терминала СОТ-89 МОСФЕТ се обично користи на матичним плочама. Његове спецификације и димензије су следеће:
Спецификације величине СОТ-89 МОСФЕТ-а (јединица: мм)
5. Смалл Оутлине Пацкаге (СОП)
СОП (Смалл Оут-Лине Пацкаге) је један од пакета за површинску монтажу, који се такође назива СОЛ или ДФП. Игле су извучене са обе стране паковања у облику крила галеба (Л облик). Материјали су пластика и керамика. СОП стандарди за паковање укључују СОП-8, СОП-16, СОП-20, СОП-28, итд. Број после СОП означава број игала. Већина МОСФЕТ СОП пакета усваја СОП-8 спецификације. Индустрија често изоставља „П“ и скраћује га као СО (Смалл Оут-Лине).
Величина паковања СОП-8
СО-8 је прво развила компанија ПХИЛИП. Упакован је у пластику, нема доњу плочу за расипање топлоте и слабо одводи топлоту. Обично се користи за МОСФЕТ мале снаге. Касније су постепено изведене стандардне спецификације као што су ТСОП (Тхин Смалл Оутлине Пацкаге), ВСОП (Вери Смалл Оутлине Пацкаге), ССОП (Схринк СОП), ТССОП (Тхин Схринк СОП), итд.; међу њима, ТСОП и ТССОП се обично користе у МОСФЕТ амбалажи.
Спецификације изведене из СОП-а које се обично користе за МОСФЕТ-ове
6. Куад Флат Пацкаге (КФП)
Размак између пинова чипа у КФП (Пластиц Куад Флат Пацкаге) пакету је веома мали и игле су веома танке. Обично се користи у великим или ултра-великим интегрисаним колима, а број пинова је углавном више од 100. Чипови упаковани у овом облику морају да користе технологију површинске монтаже СМТ за лемљење чипа на матичну плочу. Овај метод паковања има четири главне карактеристике: ① Погодан је за СМД технологију површинске монтаже за уградњу ожичења на штампане плоче; ② Погодан је за употребу на високим фреквенцијама; ③ Лако се користи и има високу поузданост; ④ Однос између површине чипа и површине паковања је мали. Као и ПГА метод паковања, овај метод паковања умотава чип у пластичну амбалажу и не може да распрши топлоту која се ствара када чип ради на време. Ограничава побољшање перформанси МОСФЕТ-а; а сама пластична амбалажа повећава величину уређаја, што не испуњава услове за развој полупроводника у правцу да буду лагани, танки, кратки и мали. Поред тога, ова врста методе паковања заснива се на једном чипу, што има проблеме ниске ефикасности производње и високе цене паковања. Због тога је КФП погоднији за употребу у дигиталним логичким ЛСИ колима као што су микропроцесори/низови гејта, а такође је погодан за паковање производа аналогних ЛСИ кола као што је обрада ВТР сигнала и обрада аудио сигнала.
7、Куад флат пакет без каблова (КФН)
КФН (Куад Флат Нон-леадед пацкаге) пакет је опремљен контактима за електроде на све четири стране. Пошто нема каблова, површина за монтажу је мања од КФП, а висина је нижа од КФП. Међу њима, керамички КФН се такође назива ЛЦЦ (Леадлесс Цхип Царриерс), а јефтини пластични КФН који користи основни материјал одштампаног стакленом епоксидном смолом назива се пластични ЛЦЦ, ПЦЛЦ, П-ЛЦЦ, итд. То је ново паковање чипа за површинску монтажу технологија са малом величином јастучића, малом запремином и пластиком као заптивним материјалом. КФН се углавном користи за паковање интегрисаних кола, а МОСФЕТ се неће користити. Међутим, пошто је Интел предложио интегрисани драјвер и МОСФЕТ решење, лансирао је ДрМОС у КФН-56 пакету („56“ се односи на 56 пинова за повезивање на полеђини чипа).
Треба напоменути да КФН пакет има исту конфигурацију екстерног електрода као и ултра-танки пакет малих линија (ТССОП), али је његова величина 62% мања од ТССОП. Према подацима КФН моделирања, његове термичке перформансе су 55% веће од оних код ТССОП паковања, а његове електричне перформансе (индуктивност и капацитивност) су 60% и 30% веће од ТССОП паковања. Највећи недостатак је што га је тешко поправити.
ДрМОС у пакету КФН-56
Традиционална дискретна ДЦ/ДЦ степ-довн прекидачка напајања не могу да задовоље захтеве за већом густином снаге, нити могу да реше проблем паразитских параметарских ефеката на високим фреквенцијама пребацивања. Са иновацијама и напретком технологије, постало је реалност интегрисање драјвера и МОСФЕТ-ова за изградњу модула са више чипова. Овај метод интеграције може уштедети значајан простор и повећати густину потрошње енергије. Кроз оптимизацију драјвера и МОСФЕТ-ова, то је постало стварност. Енергетска ефикасност и висококвалитетна једносмерна струја, ово је ДрМОС интегрисани драјвер ИЦ.
Ренесас 2. генерације ДрМОС
КФН-56 пакет без електрода чини ДрМОС топлотну импеданцију веома ниском; са унутрашњим спајањем жице и дизајном бакарних копчи, спољашње ПЦБ ожичење се може минимизирати, чиме се смањује индуктивност и отпор. Поред тога, коришћени силицијумски МОСФЕТ процес дубоког канала такође може значајно смањити проводљивост, комутацију и губитке напуњености гејта; компатибилан је са разним контролерима, може постићи различите режиме рада и подржава активни режим конверзије фазе АПС (Ауто Пхасе Свитцхинг). Поред КФН паковања, билатерално равно паковање без олова (ДФН) је такође нови електронски процес паковања који се широко користи у различитим компонентама ОН Семицондуцтор-а. У поређењу са КФН, ДФН има мање електрода за извођење са обе стране.
8、Пластични оловни носач чипа (ПЛЦЦ)
ПЛЦЦ (Пластиц Куад Флат Пацкаге) има квадратни облик и много је мањи од ДИП пакета. Има 32 игле са иглама свуда около. Игле се изводе са четири стране паковања у облику слова Т. То је пластични производ. Удаљеност између игле је 1,27 мм, а број иглица се креће од 18 до 84. Игле у облику слова Ј се не деформишу лако и лакши су за руковање од КФП-а, али је инспекција изгледа након заваривања тежа. ПЛЦЦ паковање је погодно за уградњу ожичења на ПЦБ помоћу СМТ технологије површинске монтаже. Има предности мале величине и високе поузданости. ПЛЦЦ паковање је релативно уобичајено и користи се у логичким ЛСИ, ДЛД (или програмском логичком уређају) и другим колима. Овај облик паковања се често користи у БИОС-у матичне плоче, али је тренутно мање уобичајен у МОСФЕТ-овима.
Енкапсулација и побољшање за мејнстрим предузећа
Због тренда развоја ниског напона и велике струје у ЦПУ-има, од МОСФЕТ-а се захтева да имају велику излазну струју, мали отпор на укључење, ниско стварање топлоте, брзо расипање топлоте и малу величину. Поред побољшања технологије и процеса производње чипова, произвођачи МОСФЕТ-а такође настављају да унапређују технологију паковања. На основу компатибилности са стандардним спецификацијама изгледа, они предлажу нове облике паковања и региструју називе заштитних знакова за нова паковања која развијају.
1、РЕНЕСАС ВПАК, ЛФПАК и ЛФПАК-И пакети
ВПАК је пакет за високо топлотно зрачење који је развио Ренесас. Имитирајући Д-ПАК пакет, хладњак чипа је заварен за матичну плочу, а топлота се распршује кроз матичну плочу, тако да и мали пакет ВПАК може достићи излазну струју Д-ПАК-а. ВПАК-Д2 пакује два висока/ниска МОСФЕТ-а за смањење индуктивности ожичења.
Величина пакета Ренесас ВПАК
ЛФПАК и ЛФПАК-И су још два мала пакета облика који је развио Ренесас који су компатибилни са СО-8. ЛФПАК је сличан Д-ПАК-у, али мањи од Д-ПАК-а. ЛФПАК-и поставља расхладни елемент нагоре да би распршио топлоту кроз хладњак.
Ренесас ЛФПАК и ЛФПАК-И пакети
2. Висхаи Повер-ПАК и Полар-ПАК паковање
Повер-ПАК је назив МОСФЕТ пакета који је регистровала Висхаи Цорпоратион. Повер-ПАК укључује две спецификације: Повер-ПАК1212-8 и Повер-ПАК СО-8.
Висхаи Повер-ПАК1212-8 пакет
Висхаи Повер-ПАК СО-8 пакет
Полар ПАК је мало паковање са двостраним одвођењем топлоте и једна је од Висхаи-ових основних технологија паковања. Полар ПАК је исти као и обичан со-8 пакет. Има тачке дисипације и на горњој и на доњој страни паковања. Није лако акумулирати топлоту унутар паковања и може повећати густину струје радне струје на двоструко већу од СО-8. Тренутно, Висхаи је лиценцирао Полар ПАК технологију за СТМицроелецтроницс.
Висхаи Полар ПАК пакет
3. Онсеми СО-8 и ВДФН8 равни оловни пакети
ОН Семицондуцтор је развио два типа МОСФЕТ-а са равним оловом, међу којима многе плоче користе оне са равним оловом компатибилне са СО-8. Ново лансирани НВМк и НВТк МОСФЕТ-ови ОН Семицондуцтор-а користе компактне ДФН5 (СО-8ФЛ) и ВДФН8 пакете како би минимизирали губитке у проводљивости. Такође има низак КГ и капацитет да би се минимизирали губици возача.
ОН Семицондуцтор СО-8 Флат Леад Пацкаге
ОН Семицондуцтор ВДФН8 пакет
4. НКСП ЛФПАК и КЛПАК паковање
НКСП (раније Пхилпс) је унапредио СО-8 технологију паковања у ЛФПАК и КЛПАК. Међу њима, ЛФПАК се сматра најпоузданијим енергетским СО-8 пакетом на свету; док КЛПАК има карактеристике мале величине и веће ефикасности одвођења топлоте. У поређењу са обичним СО-8, КЛПАК заузима површину ПЦБ плоче од 6*5 мм и има термичку отпорност од 1,5 к/В.
НКСП ЛФПАК пакет
НКСП КЛПАК паковање
4. СТ Семицондуцтор ПоверСО-8 пакет
Технологије за паковање МОСФЕТ чипова компаније СТМицроелецтроницс укључују СО-8, ПоверСО-8, ПоверФЛАТ, ДирецтФЕТ, ПоларПАК, итд. Међу њима, Повер СО-8 је побољшана верзија СО-8. Поред тога, постоје ПоверСО-10, ПоверСО-20, ТО-220ФП, Х2ПАК-2 и други пакети.
СТМицроелецтроницс Повер СО-8 пакет
5. Фаирцхилд Семицондуцтор Повер 56 пакет
Повер 56 је Фарицхилдов ексклузивни назив, а његов званични назив је ДФН5×6. Његова површина паковања је упоредива са обично коришћеним ТСОП-8, а танко паковање штеди висину компоненти, а дизајн Тхермал-Пад на дну смањује топлотни отпор. Због тога су многи произвођачи уређаја за напајање применили ДФН5×6.
Фаирцхилд Повер 56 пакет
6. Међународни исправљач (ИР) директни ФЕТ пакет
Директни ФЕТ обезбеђује ефикасно горње хлађење у СО-8 или мањем отиску и погодан је за АЦ-ДЦ и ДЦ-ДЦ апликације за конверзију енергије у рачунарима, лаптоповима, телекомуникацијама и опреми за потрошачку електронику. Метална конструкција лименке ДирецтФЕТ-а обезбеђује двострано одвођење топлоте, ефективно удвостручујући тренутне могућности руковања високофреквентним ДЦ-ДЦ претварачима у поређењу са стандардним пластичним дискретним пакетима. Директни ФЕТ пакет је обрнуто монтиран, са одводним (Д) хладњаком окренутим нагоре и прекривеним металном шкољком, кроз коју се топлота распршује. Директно ФЕТ паковање у великој мери побољшава дисипацију топлоте и заузима мање простора уз добро одвођење топлоте.
Суммаризе
У будућности, како се електронска производна индустрија наставља развијати у правцу ултра танке, минијатуризације, ниског напона и велике струје, изглед и унутрашња структура паковања МОСФЕТ-а ће се такође променити како би се боље прилагодили развојним потребама производње. индустрије. Поред тога, како би се смањио праг селекције за произвођаче електронике, тренд развоја МОСФЕТ-а у правцу модуларизације и паковања на нивоу система ће постати све очигледнији, а производи ће се развијати на координисан начин из више димензија као што су перформансе и цена. . Паковање је један од важних референтних фактора за избор МОСФЕТ-а. Различити електронски производи имају различите електричне захтеве, а различита инсталацијска окружења такође захтевају одговарајуће спецификације величине да би се испуниле. У стварном избору, одлуку треба донети у складу са стварним потребама према општем принципу. Неки електронски системи су ограничени величином ПЦБ-а и унутрашњом висином. На пример, модули за напајање комуникационих система обично користе пакете ДФН5*6 и ДФН3*3 због ограничења висине; у неким АЦДЦ изворима напајања, ултра-танки дизајни или због ограничења шкољке су погодни за склапање ТО220 упакованих енергетских МОСФЕТ-ова. У овом тренутку, игле се могу директно уметнути у корен, што није погодно за производе упаковане у ТО247; неки ултра-танки дизајни захтевају да игле уређаја буду савијене и положене равно, што ће повећати сложеност избора МОСФЕТ-а.
Како одабрати МОСФЕТ
Један инжењер ми је једном рекао да никада није погледао прву страницу МОСФЕТ листа са подацима јер су се „практичне“ информације појавиле само на другој страници и даље. Практично свака страница на МОСФЕТ листи података садржи вредне информације за дизајнере. Али није увек јасно како тумачити податке које дају произвођачи.
Овај чланак описује неке од кључних спецификација МОСФЕТ-а, како су оне наведене у таблици са подацима и јасну слику која вам је потребна да бисте их разумели. Као и већина електронских уређаја, на МОСФЕТ-ове утиче радна температура. Зато је важно разумети услове тестирања под којима се примењују поменути индикатори. Такође је кључно разумети да ли су индикатори које видите у „Уводу о производу“ „максималне“ или „типичне“ вредности, јер неки листови са подацима то не показују јасно.
Напонски разред
Примарна карактеристика која одређује МОСФЕТ је његов напон дрејн-извор ВДС, или „напон пробоја дрејн-извора“, што је највећи напон који МОСФЕТ може да издржи без оштећења када је капија кратко спојена на извор и струју одвода. је 250μА. . ВДС се такође назива „апсолутни максимални напон на 25°Ц“, али је важно запамтити да овај апсолутни напон зависи од температуре и обично постоји „ВДС температурни коефицијент“ у техничком листу. Такође морате да схватите да је максимални ВДС једносмерни напон плус сви напони и таласи који могу бити присутни у колу. На пример, ако користите уређај од 30В на 30В напајању са скоком од 100мВ, 5нс, напон ће премашити апсолутну максималну границу уређаја и уређај може ући у лавински режим. У овом случају се не може гарантовати поузданост МОСФЕТ-а. На високим температурама, температурни коефицијент може значајно променити пробојни напон. На пример, неки Н-канални МОСФЕТ-ови са напоном од 600В имају позитиван температурни коефицијент. Како се приближавају својој максималној температури споја, температурни коефицијент узрокује да се ови МОСФЕТ-ови понашају као МОСФЕТ-ови од 650 В. Правила дизајна многих корисника МОСФЕТ-а захтевају фактор смањења вредности од 10% до 20%. У неким дизајнима, с обзиром да је стварни напон пробоја 5% до 10% већи од номиналне вредности на 25°Ц, одговарајућа корисна маргина дизајна ће бити додата стварном дизајну, што је веома корисно за дизајн. Подједнако важно за исправан избор МОСФЕТ-а је разумевање улоге напона гејт-извор ВГС током процеса проводљивости. Овај напон је напон који обезбеђује пуну проводљивост МОСФЕТ-а под датим максималним РДС(он) условима. Због тога је отпор на укључење увек повезан са ВГС нивоом, и само на том напону уређај може да се укључи. Важна последица дизајна је да не можете у потпуности да укључите МОСФЕТ са напоном нижим од минималног ВГС који се користи за постизање РДС(он) оцене. На пример, да бисте у потпуности укључили МОСФЕТ са микроконтролером од 3,3 В, морате бити у могућности да укључите МОСФЕТ на ВГС=2,5 В или ниже.
Он-отпор, гејт пуњење и „број заслуга“
Отпор на укључење МОСФЕТ-а је увек одређен на једном или више напона од капије до извора. Максимална граница РДС(он) може бити 20% до 50% већа од типичне вредности. Максимална граница РДС(он) обично се односи на вредност на температури споја од 25°Ц. На вишим температурама, РДС(он) може да се повећа за 30% до 150%, као што је приказано на слици 1. Пошто се РДС(он) мења са температуром и минимална вредност отпора се не може гарантовати, детекција струје на основу РДС(он) није веома тачан метод.
Слика 1 РДС(он) расте са температуром у опсегу од 30% до 150% максималне радне температуре
Отпор на укључењу је веома важан и за Н-каналне и за П-каналне МОСФЕТ-ове. У прекидачким изворима напајања, Кг је кључни критеријум избора за Н-каналне МОСФЕТ-ове који се користе у прекидачким изворима напајања јер Кг утиче на комутационе губитке. Ови губици имају два ефекта: један је време укључивања које утиче на укључивање и искључивање МОСФЕТ-а; други је енергија потребна за пуњење капацитивности капије током сваког процеса пребацивања. Једна ствар коју треба имати на уму је да Кг зависи од напона гејт-извор, чак и ако коришћење нижег Вгс смањује комутационе губитке. Као брз начин да се упореде МОСФЕТ-ови намењени за употребу у комутационим апликацијама, дизајнери често користе једнину формулу која се састоји од РДС(он) за губитке у проводљивости и Кг за комутационе губитке: РДС(он)кКг. Ова „број заслуга“ (ФОМ) сумира перформансе уређаја и омогућава поређење МОСФЕТ-а у смислу типичних или максималних вредности. Да бисте обезбедили тачно поређење између уређаја, потребно је да се уверите да се исти ВГС користи за РДС(он) и Кг, и да се типичне и максималне вредности не мешају у публикацији. Нижи ФОМ ће вам дати боље перформансе у пребацивању апликација, али то није загарантовано. Најбољи резултати поређења могу се добити само у стварном колу, а у неким случајевима ће коло можда морати да буде фино подешено за сваки МОСФЕТ. Називна струја и дисипација снаге, на основу различитих услова тестирања, већина МОСФЕТ-ова има једну или више континуираних струја одвода у техничком листу. Желећете да пажљиво погледате лист са подацима да бисте утврдили да ли је оцена на одређеној температури кућишта (нпр. ТЦ=25°Ц) или температури околине (нпр. ТА=25°Ц). Која од ових вредности је најрелевантнија зависиће од карактеристика уређаја и примене (погледајте слику 2).
Слика 2. Све апсолутне максималне вредности струје и снаге су стварни подаци
За мале уређаје за површинску монтажу који се користе у ручним уређајима, најрелевантнији тренутни ниво може бити онај на температури околине од 70°Ц. За велику опрему са хладњаком и принудним ваздушним хлађењем, тренутни ниво на ТА=25℃ може бити ближи стварној ситуацији. За неке уређаје, матрица може поднијети већу струју на својој максималној температури споја од ограничења паковања. У неким листовима са подацима, овај ниво струје „ограничен на матрицу“ је додатна информација за ниво струје „ограничен на пакет“, који вам може дати представу о робусности матрице. Слична разматрања важе за континуирану дисипацију снаге, која не зависи само од температуре већ и од времена. Замислите уређај који непрекидно ради на ПД=4В током 10 секунди на ТА=70℃. Оно што представља „непрекидни“ временски период ће варирати у зависности од МОСФЕТ пакета, тако да ћете желети да користите нормализовани графикон топлотне транзијентне импедансе из таблице са подацима да видите како изгледа расипање снаге након 10 секунди, 100 секунди или 10 минута . Као што је приказано на слици 3, коефицијент топлотне отпорности овог специјализованог уређаја након 10-секундног импулса је приближно 0,33, што значи да када пакет достигне топлотну засићеност након приближно 10 минута, капацитет одвођења топлоте уређаја је само 1,33В уместо 4В . Иако капацитет дисипације топлоте уређаја може достићи око 2В под добрим хлађењем.
Слика 3 Термички отпор МОСФЕТ-а када се примени импулс снаге
У ствари, можемо поделити како одабрати МОСФЕТ у четири корака.
Први корак: изаберите Н канал или П канал
Први корак у избору правог уређаја за ваш дизајн је одлука да ли ћете користити Н-канални или П-канални МОСФЕТ. У типичној примени напајања, када је МОСФЕТ спојен на уземљење, а оптерећење прикључено на мрежни напон, МОСФЕТ формира прекидач на ниској страни. У прекидачу ниске стране, Н-каналне МОСФЕТ-ове треба користити због разматрања напона потребног да се уређај искључи или укључи. Када је МОСФЕТ повезан на магистралу и оптерећење на масу, користи се прекидач на високој страни. П-канални МОСФЕТ-ови се обично користе у овој топологији, што је такође због разматрања напонског погона. Да бисте изабрали прави уређај за своју апликацију, морате одредити напон потребан за покретање уређаја и најлакши начин да то урадите у свом дизајну. Следећи корак је одређивање захтеваног напона, односно максималног напона који уређај може да издржи. Што је већи напон, то је већи трошак уређаја. Према практичном искуству, називни напон треба да буде већи од напона мреже или напона магистрале. Ово ће обезбедити довољну заштиту тако да МОСФЕТ неће отказати. Приликом избора МОСФЕТ-а потребно је одредити максимални напон који се може толерисати од одвода до извора, односно максимални ВДС. Важно је знати да максимални напон који МОСФЕТ може да издржи промене са температуром. Пројектанти морају тестирати варијације напона у читавом опсегу радне температуре. Називни напон мора имати довољно маргине да покрије овај опсег варијације како би се осигурало да коло неће отказати. Остали безбедносни фактори које дизајнери треба да узму у обзир укључују прелазне напоне изазване прекидачком електроником као што су мотори или трансформатори. Називни напони варирају за различите примене; типично, 20В за преносиве уређаје, 20-30В за ФПГА изворе напајања и 450-600В за 85-220ВАЦ апликације.
Корак 2: Одредите називну струју
Други корак је одабир тренутне оцене МОСФЕТ-а. У зависности од конфигурације кола, ова називна струја треба да буде максимална струја коју оптерећење може да издржи у свим околностима. Слично напонској ситуацији, пројектант мора осигурати да одабрани МОСФЕТ може издржати ову струјну оцјену, чак и када систем генерише струјне скокове. Два тренутна стања која се разматрају су континуирани режим и импулсни скок. У режиму континуиране проводљивости, МОСФЕТ је у стабилном стању, где струја непрекидно тече кроз уређај. Пулсни скок се односи на велики удар (или струју скока) који тече кроз уређај. Када се утврди максимална струја под овим условима, једноставно је питање избора уређаја који може да поднесе ову максималну струју. Након одабира називне струје, мора се израчунати и губитак проводљивости. У стварним ситуацијама, МОСФЕТ није идеалан уређај јер постоји губитак електричне енергије током процеса проводљивости, што се назива губитком проводљивости. МОСФЕТ се понаша као променљиви отпорник када је "укључен", што је одређено РДС(ОН) уређаја и значајно се мења са температуром. Губитак снаге уређаја може се израчунати помоћу Илоад2×РДС(ОН). Пошто се отпор укључивања мења са температуром, губитак снаге ће се такође променити пропорционално. Што је већи напон ВГС примењен на МОСФЕТ, мањи ће бити РДС(ОН); обрнуто, РДС(ОН) ће бити већи. За дизајнера система, овде долази до компромиса у зависности од напона система. За преносиве дизајне је лакше (и чешће) користити ниже напоне, док се за индустријске дизајне могу користити виши напони. Имајте на уму да ће отпор РДС(ОН) благо порасти са струјом. Варијације у различитим електричним параметрима РДС(ОН) отпорника могу се наћи у техничком листу са подацима произвођача. Технологија има значајан утицај на карактеристике уређаја, јер неке технологије имају тенденцију да повећају РДС(ОН) када се повећа максимални ВДС. За такву технологију, ако намеравате да смањите ВДС и РДС(ОН), морате повећати величину чипа, чиме се повећава одговарајућа величина пакета и повезани трошкови развоја. Постоји неколико технологија у индустрији које покушавају да контролишу повећање величине чипа, од којих су најважније технологије за балансирање канала и пуњења. У технологији ровова, дубоки канал је уграђен у плочицу, обично резервисан за ниске напоне, да би се смањио отпор на укључење РДС(ОН). Да би се смањио утицај максималног ВДС-а на РДС(ОН), током процеса развоја коришћен је процес епитаксијалне колоне раста/колона за јеткање. На пример, Фаирцхилд Семицондуцтор је развио технологију под називом СуперФЕТ која додаје додатне производне кораке за смањење РДС(ОН). Овај фокус на РДС(ОН) је важан јер како се пробојни напон стандардног МОСФЕТ-а повећава, РДС(ОН) расте експоненцијално и доводи до повећања величине матрице. СуперФЕТ процес мења експоненцијални однос између РДС(ОН) и величине плочице у линеарну везу. На овај начин, СуперФЕТ уређаји могу постићи идеалан низак РДС(ОН) у малим величинама матрица, чак и са напоном пробоја до 600В. Резултат је да се величина вафла може смањити до 35%. За крајње кориснике то значи значајно смањење величине пакета.
Трећи корак: Одредите термичке захтеве
Следећи корак у избору МОСФЕТ-а је израчунавање топлотних захтева система. Дизајнери морају да размотре два различита сценарија, најгори сценарио и сценарио из стварног света. Препоручљиво је користити резултат прорачуна у најгорем случају, јер овај резултат даје већу сигурносну маргину и осигурава да систем неће отказати. Постоје и неки мерни подаци на које треба обратити пажњу на МОСФЕТ подацима; као што је топлотни отпор између споја полупроводника упакованог уређаја и околине и максимална температура споја. Температура споја уређаја једнака је максималној температури околине плус производ топлотног отпора и расипања снаге (температура споја = максимална температура околине + [термички отпор × дисипација снаге]). Према овој једначини може се решити максимална дисипација снаге система која је по дефиницији једнака И2×РДС(ОН). Пошто је пројектант одредио максималну струју која ће проћи кроз уређај, РДС(ОН) се може израчунати на различитим температурама. Вреди напоменути да када се баве једноставним термичким моделима, дизајнери морају узети у обзир и топлотни капацитет полупроводничког споја/кућишта уређаја и кућишта/окружења; ово захтева да се штампана плоча и пакет не загреју одмах. Пропад лавине значи да обрнути напон на полупроводничком уређају премашује максималну вредност и формира јако електрично поље за повећање струје у уређају. Ова струја ће расипати снагу, повећати температуру уређаја и евентуално оштетити уређај. Полупроводничке компаније ће спровести тестирање лавине на уређајима, израчунати њихов лавински напон или тестирати робусност уређаја. Постоје две методе за израчунавање номиналног лавинског напона; једна је статистичка метода, а друга термички прорачун. Топлотни прорачун се широко користи јер је практичнији. Многе компаније су дале детаље о тестирању својих уређаја. На пример, Фаирцхилд Семицондуцтор пружа „Смернице за Повер МОСФЕТ Аваланцхе Гуиделинес“ (Повер МОСФЕТ Аваланцхе Гуиделинес – могу се преузети са сајта Фаирцхилд). Поред рачунарства, велики утицај на ефекат лавине има и технологија. На пример, повећање величине матрице повећава отпорност на лавину и на крају повећава робусност уређаја. За крајње кориснике то значи коришћење већих пакета у систему.
Корак 4: Одредите перформансе прекидача
Последњи корак у избору МОСФЕТ-а је одређивање комутационих перформанси МОСФЕТ-а. Постоји много параметара који утичу на перформансе комутације, али најважнији су капија/одвод, капија/извор и капацитивност дрена/извора. Ови кондензатори стварају комутационе губитке у уређају јер се пуне сваки пут када се укључе. Брзина пребацивања МОСФЕТ-а је стога смањена, а ефикасност уређаја је такође смањена. Да би израчунао укупне губитке у уређају током укључивања, пројектант мора израчунати губитке при укључивању (Еон) и губитке при искључењу (Еофф). Укупна снага МОСФЕТ прекидача може се изразити следећом једначином: Псв=(Еон+Еофф)×преклопна фреквенција. Напуњеност капије (Кгд) има највећи утицај на перформансе комутације. На основу важности перформанси комутације, нове технологије се стално развијају за решавање овог проблема комутације. Повећање величине чипа повећава пуњење капије; ово повећава величину уређаја. Да би се смањили губици при пребацивању, појавиле су се нове технологије као што је оксидација дебелог дна канала, са циљем да се смањи пуњење гејта. На пример, нова технологија СуперФЕТ може да минимизира губитке у проводљивости и побољша перформансе комутације смањењем РДС(ОН) и пуњења гејта (Кг). На овај начин, МОСФЕТ-ови могу да се носе са брзим напонским транзијентима (дв/дт) и струјним транзијентима (ди/дт) током пребацивања, а могу чак и поуздано да раде на вишим фреквенцијама пребацивања.
Време поста: 23.10.2023
