MOSFET-транзисторы Vishay Siliconix

№ 7’2013
PDF версия
Силовые MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) — одни из самых востребованных в настоящее время ключевых элементов, используемых для преобразования электрической энергии. Они находят широкое применение в каскадах DC/DC-преобразователей, для коммутации и распределения цепей питания, управления электроприводом и в цепях защиты. Siliconix, подразделение компании Vishay, является одним из лидеров в разработке и производстве силовых полупроводниковых продуктов, обеспечивающих высокую эффективность преобразования электрической мощности. В секторе низковольтных мощных MOSFET компания Vishay Siliconix — бренд №1 в мире, так как она играет важную роль в секторе портативных электронных устройств, обеспечивая высокий уровень эффективности преобразования энергии при питании от батарей.

Введение

В секторе силовых компонентов для конвертеров напряжения импульсных источников питания Vishay Siliconix лидирует на рынке технологических процессов TrenchFET. Компания разработала инновационные методы корпусирования, обеспечивающие высокую плотность монтажа при улучшенном теплоотводе для мощных силовых приборов, работающих при больших токах (PowerPAK, PolarPAK). Разработанные компанией технологии корпусирования (ChipFET, MICRO FOOT, PowerPAK SC‑70, PowerPAK SC‑75) обеспечивают производство компактных полевых транзисторов с малой площадью футпринта. Компания выпускает семейства приборов с интеграцией нескольких силовых устройств в одном корпусе (SkyFET, PowerPAIR). К последним разработкам компании относится и серия полевых транзисторов DrMOS со встроенным драйвером затвора. Приборы предназначены для применения в импульсных источниках питания PC, серверов и других компьютерных систем.

Портфолио Vishay Siliconix содержит и высоковольтные планарные MOSFET, которые выпускаются по технологии International Rectifier. Мощные Vishay Siliconix MOSFET предназначены для сектора промышленной автоматики, например для применения в электроприводах, преобразователях, источниках питания для коммутаторов и маршрутизаторов. Ряд продукции компании за счет использования специализированных технологических процессов ориентирован на такие сектора, как медицина, автомобильная электроника, а также военный сектор.

 

MOSFET-транзисторы Vishay Siliconix

Siliconix выпускает в настоящее время более 1500 типов полевых транзисторов, используя свыше 30 типов корпусов, включая семейства корпусов MICRO FOOT и PowerPAK. Особое место занимает продукция, ориентированная на сектора ответственного применения, для которых необходимы высоконадежные компоненты: это автомобильная электроника (200 типов), военная электроника (три типа) и медицинская аппаратура (преимущественно для имплантируемых устройств — два типа приборов).

Параметры полевых транзисторов

Эффективность преобразования определяется уровнем потерь мощности на силовом ключе в процессе работы. Плотность мощности определяется отношением максимального коммутируемого тока, приведенного к корпусу или к площади, занимаемой корпусом прибора на плате. Ключевыми параметрами, от которых зависит эффективность работы MOSFET-транзисторов, являются сопротивление в открытом состоянии RDS(on), максимальный ток через транзистор ID и QG — заряд затвора. Потери мощности определяются двумя составляющими: статической и динамической. Статические потери обусловлены падением напряжения на сопротивлении открытого канала. Динамические потери зависят от характера переключения, влияния паразитных составляющих и потерь в цепях управления по затвору.

Повысить плотность мощности можно при усовершенствовании двух составляющих — структуры кристалла и технологии корпусирования. Эволюция развития транзистора от планарной до Trench-технологии сопровождалась значительным сокращением площади кристалла, что привело к снижению сопротивления канала в открытом состоянии RDS(on). Уменьшение этого параметра, в свою очередь, отразилось на снижении потерь мощности и улучшении процесса рассеяния тепла, что позволило производителям повысить плотность мощности.

Технология корпусирования — основной фактор повышения производительности MOSFET

Рост эффективности корпусов силовых МОП-транзисторов для поверхностного монтажа до настоящего времени обеспечивался развитием уже известных типов корпусов по двум основным направлениям. Первое из них — разработка различных вариантов корпусов на базе корпуса SO‑8. Второе направление — разработка вариантов приборов с многорядным расположением шариковых контактов в корпусах типа BGA или бескорпусных Flip-Chip.

Чтобы снизить активное сопротивление и улучшить теплопередачу, разработчики при создании вариантов корпуса SO‑8 шли вначале по пути увеличения количества развариваемых к выводам и кристаллу проволок из золота или алюминия. Затем на смену им пришло крепление кристалла медными зажимами-клипсами, что попутно позволило улучшить отвод тепла к умощненным выводам корпуса, дополнительно рассеивающим тепло. За последние несколько лет производители MOSFET сделали существенные улучшения в корпусировании транзисторов, сохранив при этом низкие значения сопротивления во включенном состоянии и минимизировав паразитные параметры.

Корпус PowerPAK

PowerPAK разработан на базе стандартного корпуса SO‑8. В корпусе PowerPAK SO‑8 используются те же самые футпринт и цоколевка, что и в стандартном корпусе SO‑8 (рис. 1). Это позволяет без проблем применять новые семейства приборов в корпусах PowerPAK для прямой замены приборов в корпусах SO‑8.

Сравнение корпусов SO 8 и PowerPAK SO 8

Рис. 1. Сравнение корпусов SO 8 и PowerPAK SO 8

Будучи безвыводным корпусом, PowerPAK SO‑8 лишь использует посадочное место SO‑8, занимая и пространство выводов SO‑8. Это позволяет разместить внутри кристалл большего размера, чем в SO‑8. (А фактически там можно разместить кристалл даже большего размера, чем в корпусе DPAK.)

На нижней поверхности кристалла выполнены площадки для соединительных выводов, которые обеспечивают малое контактное сопротивление при пайке и низкое тепловое сопротивление подложки кристалла. И наконец, высота корпуса также меньше, чем у корпуса SO‑8, что обеспечивает дополнительное преимущество.

Расположение выводов (сток, исток, затвор) и размеры площадок приборов с двумя транзисторами в корпусе PowerPAK SO‑8 те же самые, что и у аналогичных приборов в корпусах SO‑8.

В таблице 1 приведено сравнение значений теплового сопротивления у корпусов DPAK, SO‑8 и PowerPAK. Можно заметить, что тепловое сопротивление корпуса PowerPAK в 16 раз меньше, чем у SO‑8, и даже меньше, чем у DPAK.

Таблица 1. Сравнение значений теплового сопротивления у стандартных корпусов DPAK и SO‑8 с новым корпусом PowerPAK SO‑8

 

DPAK

PowerPAK SO-8

Standard SO-8

Tепловое сопротивление корпуса Rqjc, °C/Вт

1,2

1

16

 Базовые параметры полевых транзисторов в корпусах типа PowerPAK представлены в таблице 2.

Таблица 2. Базовые параметры полевых транзисторов в корпусах PowerPAK

Тип

VDS, В

VGS, В

RDS(on) max, Ом

QG, нКл

QGS, нКл

QGD, нКл

QGD/ QGS

RG(тип.), Ом

Vth(тип.),
В

ДПТ

VGS = 10 В

VGS = 4,5 В

VGS = 10 В

VGS = 4,5 В

VGS = 10 В

VGS = 4,5 В

PoweRPAK SO-8

SiRA00DP

30

20

0,001

0,00135

147

66

26

8,6

0,33

1,35

1,6

118

71

SiRA02DP

30

20

0,002

0,0027

78

34,3

13,6

4,1

0,3

1,05

1,6

125

74

SiRA04DP

30

20

0,00215

0,0031

51

22,5

8,6

4

0,47

1,25

1,6

88

56

SiRA06DP

30

20

0,0025

0,0035

51

22,5

8,6

4

0,47

1,25

1,6

102

63

SiRA10DP

30

20

0,0037

0,005

34

15,4

5,8

2,6

0,5

1,7

1,6

95

63

SiRA12DP

30

20

0,0043

0,006

29,5

13,6

5,2

2,6

0,5

1,7

1,6

101

65

SiRA14DP

30

20

0,0051

0,0085

19,4

9,4

4

1,8

0,45

1,65

1,6

79

64

SiRA34DP

30

20

0,0067

0,0098

16,7

8

2,8

1,8

0,47

1,25

1,1

112

78

SiRA18DP

30

20

0,0075

0,012

14,3

6,9

2,8

1,6

0,57

1,6

1,2

86

66

PowerPAK 1212-8

SiSS00DN

30

20

0,0019

0,0027

56

26

9,9

4,6

0,47

1

1,6

84

56

SiSA04DN

30

20

0,00215

0,0031

51

22,5

8,6

4

0,47

1,25

1,6

88

56

SiS476DN

30

20

0,0025

0,0035

51

22,5

8,6

4

0,47

1,25

1.6

102

63

SiSA10DN

30

20

0,0037

0,005

34

15,4

5,8

2,6

0,45

1,7

1,6

95

63

SiSA12ADN

30

20

0,0043

0,006

29,5

13,6

5,2

2,6

0,50

1,7

1,6

101

65

SiSA14DN

30

20

0,0051

0,0085

19,4

9,4

4

1,8

0,45

1,65

1,1

82

64

SiSA18ADN

30

20

0,0075

0,012

14,3

6,9

2,8

1,6

0,57

1,6

1,8

86

66

SiSA322DNT

30

20

0,0075

0,012

14,3

6,9

2,8

1,6

0,57

1,6

1,8

86

66

PowerPAIR 6Х5

SiZ916DT

1

30

20

0,0064

0,01

17

7,2

3,6

0,94

0,26

2,5

1,8

90

2

30

20

0,0013

0,00175

106

45

23,2

5

0,22

1

1,7

111

Корпус PolarPAK с двусторонним охлаждением

На рис. 2 представлена конструкция корпуса PolarPAK, а на рис. 3 — топология его выводов. Эффективный теплоотвод с обеих сторон корпуса обеспечивает возможность удвоения плотности тока (> 60 A). Это происходит благодаря следующим факторам:

  • Стандартные размеры корпуса гарантируют технологичность монтажа и надежность.
  • Диапазон рабочего напряжения приборов в корпусе PolarPAK — от 20 до 200 В.
  • Единый тип футпринта и цоколевки транзисторов, работающих в диапазоне напряжений 100 и 150 В.

Конструкция корпуса PolarPAK

Рис. 2. Конструкция корпуса PolarPAK

Топология выводов в корпусе PolarPAK: а) вид сверху; б) вид снизу

Рис. 3. Топология выводов в корпусе PolarPAK: а) вид сверху; б) вид снизу

Приведем основные параметры PolarPAK.

  • Выводная рамка и пластиковый корпус обеспечивают:
    • лучшую защиту кристалла и высокую надежность прибора;
    • высокую технологичность производства;
    • фиксированный футпринт и цоколевку вне зависимости от размеров кристалла для транзисторов с рабочим напряжением менее 100 В.
  • Двустороннее охлаждение корпуса с низкими тепловыми сопротивлениями (для верхней и нижней крышки оно одинаково и равно 1 °C/Вт).
  • Возможность увеличения суммарной мощности за счет простого запараллеливания приборов (рис. 4). Это происходит благодаря малой индуктивности выводов и печатных дорожек на плате.
  • Низкая паразитная индуктивность выводов корпуса гарантирует высокую эффективность преобразования энергии, особенно при работе на высокой частоте.
  • Удвоение плотности тока (более 60 A) позволяет уменьшить площадь, размеры и стоимость устройства.
  • Корпус имеет такую же площадь футпринта, что и стандартный корпус SO‑8.
  • Низкий профиль (0,8 мм), что в два раза меньше, чем у SO‑8.
Параллельное включение транзисторов в корпусах PolarPAK для увеличения мощности

Рис. 4. Параллельное включение транзисторов в корпусах PolarPAK для увеличения мощности

В таблице 3 приведены основные параметры n‑канальных транзисторов в корпусах PolarPAK.

Таблица 3. Основные параметры полевых n‑канальных транзисторов в корпусах PolarPAK

Тип

VDS, В

VGS, В

RDS(on), Ом

QG, нКл

VGS = 10 В

VGS = 4,5 В

VGS = 2,5 В

VGS = 10 В

VGS = 4,5 В

SiE820DF

20

12

0,0035

0,0064

95

43

SiE822DF

20

20

0,0034

0,0055

 

52

24

SiE882DF

25

20

0,0014

0,0018

 

96

46

SiE878DF

25

20

0,0052

0,0068

 

24

11,2

SiE848DF

30

20

0,0016

0,0022

 

92

43

SiE860DF

30

20

0,0021

0,0028

 

70

34

SiE862DF

30

20

0,0032

0,0041

 

48

23

SiE844DF

30

20

0,007

0,0100

 

29

13,1

SiE868DF

40

20

0,0023

0,0029

 

95

45

SiE832DF

40

20

0,0055

0,0070

 

51

25

SiE876DF

60

20

0,0061

 

 

51

 

SiE818DF

75

20

0,0095

0,0125

 

63

33

SiE854DF

100

20

0,0142

 

 

50

 

SiE804DF

150

20

0,038

 

 

70

46

SiE836DF

200

30

0,13

 

 

27

 

SiE726DF

30

20

0,0024

0,0033

 

105

50

Корпус PowerPAK ChipFET

В серии новых приборов, реализованных в корпусе PowerPAK ChipFET, представлены одноканальные, двухканальные и одноканальные со встроенным диодом Шоттки МОП-транзисторы с напряжением пробоя от 12 до 20 В. Одноканальные p‑канальные МОП-транзисторы семейства PowerPAK ChipFET характеризуются тепловым сопротивлением 30 °С/Вт при максимальном сопротивлении в открытом состоянии 0,021 Ом (одноканальная версия) или 0,064 Ом (двухканальная версия). Этот показатель на 50% лучше, чем у аналогичных устройств в корпусе TSOP‑6.

МОП-транзисторы в корпусах PowerPAK ChipFET обеспечивают тепловое сопротивление, которое на 75% ниже, чем у приборов в стандартном корпусе SO‑8. Установочная площадь на плате уменьшена на 30%, а высота профиля составляет всего 0,8 мм. Транзисторы в этих корпусах имеют более высокую удельную мощность, чем аналогичные в корпусах SO‑8, при максимальной рассеиваемой мощности 3 Вт.

Исполнения транзисторов в таком корпусе рекомендуются в качестве альтернативы MOSFET-транзисторов в корпусе TSOP‑6. Доступна p‑канальная версия со встроенным диодом Шоттки в одном корпусе, которая ориентирована для применения в качестве ключа нагрузки в портативных устройствах или же в качестве синхронного выпрямителя тока в DC/DC-конвертерах. Такие ключи могут найти применение в приводах двигателей жестких дисков или же в игровых приставках.

МОП-транзисторы семейства PowerPAK ChipFET совместимы по выводам с другими аналогичными приборами в стандартном корпусе ChipFET. Топология корпуса PowerPAK ChipFET представлена на рис. 5.

Топология корпуса PowerPAK ChipFET

Рис. 5. Топология корпуса PowerPAK ChipFET

Рекомендуется применять приборы в этих корпусах вместо аналогичных в корпусах TSOP‑6 и SO‑8 для тех приложений, в которых требуется обеспечить меньшее тепловое сопротивление корпуса и посадочное место (футпринт) с меньшей площадью.

Основные параметры PowerPAK ChipFET:

  • Компактное посадочное место с площадью 3×1,8 мм.
  • Корпус тоньше на 48% (толщина — 0,8 мм).
  • Максимальная мощность рассеяния корпуса — до 3 Вт.

Этот тип корпуса можно использовать для размещения различных n‑ и p‑канальных транзисторных конфигураций: одного кристалла или же двух кристаллов транзисторов, а также для транзистора со встроенным диодом Шоттки.

Технология корпусирования MICRO FOOT

Для полевых транзисторов компания Vishay Siliconix также использует технологию бескорпусных приборов MICRO FOOT с шариковыми выводами WL-CSP (wafer-level chip scale packaging). Эта технология корпусирования особенно актуальна для портативных приборов с батарейным питанием, поскольку позволяет уменьшить площадь печатной платы устройства, улучшить температурный режим и уменьшить паразитные эффекты, присущие приборам с рамочными выводами. Например, полевой транзистор Si8902EDB в 6‑выводном корпусе MICRO FOOT со столбиковыми выводами имеет размеры 1,6×2,4 мм, обеспечивая те же параметры, что и аналогичный прибор в корпусе TSSOP‑8. При этом транзистор в корпусе MICRO FOOT имеет на 80% меньшую площадь футпринта и он в два раза тоньше.

Технология кристалла MICRO FOOT та же самая, что используется для рамочных корпусных приборов для поверхностного монтажа.

Варианты корпусов MICRO FOOT с шариковыми выводами

Рис. 6. Варианты корпусов MICRO FOOT с шариковыми выводами

На рис. 6 представлены варианты корпусов MICRO FOOT с шариковыми выводами, а на рис. 7 — топология выводов полевого транзистора в таком корпусе.

Топология выводов полевого транзистора в корпусе MICRO FOOT

Рис. 7. Топология выводов полевого транзистора в корпусе MICRO FOOT

В таблице 4 приведены основные параметры полевых транзисторов в корпусах MICRO FOOT.

Таблица 4. Основные параметры полевых транзисторов в корпусах MICRO FOOT

Тип

Габариты,
мм

Шаг,
мм

Максимальная высота, мм

VDS, В

VGS, В

RDS(on), Ом

VGS = 4,5 В

VGS = 2,5 В

VGS = 1,8 В

VGS = 1,5 В

VGS = 1,2 В

n-канальный транзистор

Si8100DB

2,4×1,6

0,8

0,65

25

20

0,0124

 

 

 

 

Si8424CDB

1,6×1,6

0,8

0,65

8

5

0,02

0,021

0,023

0,028

0,045

Si8416DB

1,5×1

0,5

0,59

8

5

0,023

0,025

0,03

0,04

0,095

Si8406DB

1,5×1

0,5

0,59

20

8

0,033

0,037

0,042

 

 

Si8466EDB

1×1

0,5

0,548

8

5

0,043

0,046

 

0,060

0,090

Si8472DB

1×1

0,5

0,548

20

8

0,044

0,05

0,056

0,070

 

Si8802DB

0,8×0,8

0,4

0,4

8

5

0,054

0,06

0,068

0,086

0,135

Si8806DB

0,8×0,8

0,4

0,4

12

8

0,043

0,05

0,065

 

 

Si8812DB

0,8×0,8

0,4

0,4

20

8

0,059

0,065

0,085

 

 

Si8810EDB

0,8×0,8

0,4

0,4

20

8

0,072

0,079

0,092

0,125

 

Si8800EDB

0,8×0,8

0,4

0,4

20

8

0,08

0,09

0,105

0,15

 

Si8808DB

0,8×0,8

0,4

0,4

30

8

0,095

0,105

0,12

0,165

 

p-канальный транзистор

Si8439DB

1,6×1,6

0,8

0,650

–8

5

0,025

0,030

0,037

0,061

0,125

Si8425DB

1,6×1,6

0,8

0,650

–20

10

0,023

0,027

0,040

 

 

Si8487DB

1,6×1,6

0,8

0,650

–30

12

0,035

0,045

 

 

 

Si8483DB

1,5×1

0,5

0,590

–12

10

0,026

0,035

0,055

0,092

 

Si8499DB

1,5×1

0,5

0,590

–20

12

0,032

0,046

0,12

 

 

Si8497DB

1,5×1

0,5

0,590

–30

12

0,053

0,071

 

 

 

Si8469DB

1×1

0,5

0,548

–8

5

0,064

0,076

 

0,115

0,18

Si8489EDB

1×1

0,5

0,548

–20

12

0,054

0,082

 

 

 

Si8461DB

1×1

0,5

0,548

–20

8

0,1

0,118

0,14

0,205

 

Si8805EDB

0,8×0,8

0,4

0,400

–8

5

0,068

0,088

 

0,155

0,29

Si8817DB

0,8×0,8

0,4

0,400

–20

8

0,076

0,1

0,145

0,32

 

Si8809DB

0,8×0,8

0,4

0,400

–20

8

0,09

0,119

0,155

 

 

Корпус Little FOOT

Это стандартный 6‑выводный корпус SC‑89 для поверхностного монтажа. На рис. 8 показана цоколевка полевого транзистора для исполнения в корпусе SC‑89. Размеры корпуса — 1,6×1,6 мм, а его толщина — 0,6 мм.

Транзистор Si1037X в корпусе SC 89

Рис. 8. Транзистор Si1037X в корпусе SC 89

 

p‑канальные полевые транзисторы Gen III

Разработанная компанией технология p‑канальных полевых транзисторов обеспечила существенное уменьшение (в два раза) сопротивления в открытом состоянии RDS(on). Для корпуса типа SO‑8 удалось снизить сопротивление до 2 мОм.

p‑канальные транзисторы выпускаются как в мощных корпусах PowerPAK SO‑8, так и в миниатюрных PowerPAK SC‑75 (1,6×1,6 мм) и MICRO FOOT (1,5×1 мм). Низкие потери за счет снижения сопротивления открытого канала позволили увеличить не только эффективность преобразования энергии, но и время работы от батареи.

Семейство SkyFET

Семейство полевых n‑канальных транзисторов SkyFET отличается встроенным диодом Шоттки. Эти приборы изготавливаются в корпусах PowerPAK или PolarPAK. Наличие встроенного диода Шоттки позволяет увеличить уровень интеграции при реализации различных преобразователей напряжения или же ключевых устройств, а также сократить площадь и размер устройства. В таблице 5 приведены параметры n‑канальных транзисторов SkyFET.

Таблица 5. Семейство SkyFET n‑канальных транзисторов (VDS = 30 В, VGS = 20 В) со встроенным диодом Шоттки

Тип

Корпус

RDS(on) при 10 В, Ом

QG при 10 В, нКл

QGS, нКл

QGD, нКл

ID max, A

PD max, Вт

SiE726DF

PolarPAK

0,0024

105

22

12

60

125

SiZ790DT

PowerPAIR 6×3,7

0,0047

36

5,7

5

35

48

SiS778DN

PowerPAK 1212-8

0,005

27,5

3,1

4,4

35

52

SiS782DN

PowerPAK 1212-8

0,0095

20,3

2,8

3,2

16

41

SiS780DN

PowerPAK 1212-8

0,0135

16,3

2,2

2

18

27,7

Si7792DP

PowerPAK SO-8

0,0021

90

11,8

12,6

60

104

SiR798DP

PowerPAK SO-8

0,00205

86

12,5

12,8

60

83

SiR774DP

PowerPAK SO-8

0,0026

58

7,6

9,4

40

62,5

SiR788DP

PowerPAK SO-8

0,0034

50

6,8

7,8

60

48

Si7774DP

PowerPAK SO-8

0,0038

44

5,8

6,1

60

48

Si7748DP

PowerPAK SO-8

0,0048

61

10,2

7,3

50

56

Si7772DP

PowerPAK SO-8

0,013

18,5

2,8

2

35,6

29,8

Si4628DY

SO-8

0,003

58

8,3

7,5

38

7,8

Si4774DY

SO-8

0,0095

20,3

2,8

3,2

16

5

Si4712DY

SO-8

0,013

18,5

2,8

2

14,6

5

Si4776DY

SO-8

0,016

11,6

1,5

1,9

11,9

4,1

 

Транзисторные сборки в одном корпусе

Транзисторные сборки (пара полевых транзисторов в едином корпусе) позволяют уменьшить площадь, занимаемую прибором, сохраняя тот же высокий ток и такое же низкое сопротивление открытого канала, что и у двух дискретных транзисторов в отдельных корпусах. Кроме того, при использовании транзисторных сборок значительно упрощается топология печатной платы, уменьшается паразитная индуктивность печатных трасс и увеличивается эффективность преобразования. Транзисторные сборки можно использовать как в высоковольтных ступенях конвертеров, так и в выходных ключах. Сопротивление открытого канала в таких сборках менее 3 мОм, максимальный ток — до 30 А. Для транзисторных сборок предназначены три типа корпусов: 3×3, 6×3,7 и 6×5 мм.

Компания Vishay Siliconix производит сборки полевых транзисторов с разной конфигурацией:

  • два n‑канальных транзистора;
  • комплементарная пара транзисторов.

Комплементарная пара транзисторов в едином корпусе

n‑ и p‑канальные транзисторы полностью независимы и имеют отдельные выводы. На рис. 9 показана цоколевка сборки комплементарных транзисторов в стандартном корпусе SO‑8. А в таблице 6 приведены параметры транзисторов комплементарной сборки Si9942DY.

Транзисторная сборка комплементарной пары силовых полевых транзисторов: а) вид сверху; б) n канальный полевой транзистор;

Рис. 9. Транзисторная сборка комплементарной пары силовых полевых транзисторов:
а) вид сверху;
б) n канальный полевой транзистор;

Таблица 6. Параметры транзисторов комплементарной сборки Si9942DY

 

VDS, В

RDS(on), Ом

ID, A

n-канальный транзистор

20

0,125 при VGS = 10 В

±3

0,25 при VGS = 4,5 В

±2

p-канальный транзистор

-20

0,2 при VGS = –10 В

±2,5

0,35 при VGS = –4,5 В

±2

Сборка двух n‑канальных полевых транзисторов

Типовой конфигурацией транзисторной сборки двух n‑канальных транзисторов является схема полумоста. Транзисторы рассчитаны на типовое напряжение 30 В. Технология транзисторов — TrenchFET Gen IV.

На рис. 10 показана полумостовая конфигурация n‑канальной транзисторной сборки.

Полумостовая конфигурация n канальной транзисторной сборки

Рис. 10. Полумостовая конфигурация n канальной транзисторной сборки

Семейство PowerPAIR

Семейство PowerPAIR представлено сборками двух мощных n‑канальных полевых транзисторов. Они соединены по схеме полумоста, но имеют ассиметричные параметры. Приборы ориентированы для применения в низковольтных DC/DC суперкомпактных конверторах нового поколения. Несимметричность параметров верхнего и нижнего транзисторов полумоста как раз и обусловлена спецификой применения. Транзисторы пары отличаются быстродействием и сопротивлением открытого канала. Верхний транзистор полумоста имеет более высокое быстродействие, чем нижний. У верхнего транзистора также меньше сопротивление открытого канала. Для этого семейства используются корпуса со следующими размерами: 3×3, 6×3,7 и 6×5 мм. Например, 30‑В транзисторная сборка SiZ300DT семейства PowerPAIR выполнена в форм-факторе 3×3 мм, а SiZ910DT имеет размер 6×5 мм. Прибор SiZ300DT предназначен для DC/DC-конвертеров с рабочим током до 10 A, в то время как SiZ910DT больше подходят для приложений с током свыше 20 A. Площадь корпуса PowerPAIR 3×3 мм примерно в три раза меньше площади корпуса PowerPAIR 6×5 мм.

Три новых прибора в форм-факторе PowerPAIR 6×3,7 мм позволили расширить портфолио приборов этой серии, при этом одновременно произошло увеличение рабочего напряжения с 20 до 30 В.

Новый прибор SiZ728DT — первый в семействе PowerPAIR 6×3,7 мм с рабочим напряжением 25 В. Прибор SiZ790DT в том же форм-факторе имеет встроенный диод Шоттки. SiZ730DT имеет самое низкое сопротивление RDS(on) среди всего семейства 30‑В PowerPAIR с размерами 6×3,7 мм.

 

Семейство батарейных коммутаторов

Приборы этого семейства содержат пару p‑канальных полевых транзисторов и отличаются схемой смещения уровня и встроенными драйверами затвора (рис. 11). По сути, это силовая микросхема аналогового коммутатора, предназначенного для подключения источников питания в приборах с батарейным питанием.

Структура прибора Si4720 на базе p канального полевого транзистора со схемой смещения уровня и интегрированным драйвером затвора

Рис. 11. Структура прибора Si4720 на базе p канального полевого транзистора со схемой смещения уровня и интегрированным драйвером затвора

Управление коммутацией (рис. 12) осуществляется по команде управляющего устройства логическими низкоуровневыми сигналами стандартной логики.

Схема коммутации источников напряжения в приборе с батарейным питанием

Рис. 12. Схема коммутации источников напряжения в приборе с батарейным питанием

Семейство транзисторов с низким пороговым напряжением на затворе

Характеристики семейства транзисторов оптимизированы для применения в портативных электронных системах с низковольтной логикой. Применение этой серии позволяет исключить установку дополнительных схем смещения уровней сигналов и управлять включением транзисторов сигналами с уровнем 1,5 В. Малое сопротивление открытого ключа, а также отсутствие дополнительных схем смещения уровней управляющих сигналов позволяют уменьшить потребление схемы и продлить время работы устройства от батареи питания. Серия представлена n‑ и p‑канальными приборами в компактных корпусах с размерами до 0,8×0,8 мм.

Области применения нового семейства транзисторов: включение/отключение нагрузки, управление усилителем НЧ в батарейном устройстве, управление зарядным устройством для сотовых телефонов, MP3‑плееров, цифровых камер и других портативных приборов.

В таблице 7 приведены базовые параметры MOSFET-транзисторов с нормируемым низким управляющим напряжением на затворе.

Таблица 7. Базовые параметры MOSFET-транзисторов с нормируемым низким управляющим напряжением на затворе

Транзистор

Корпус

Конфигурация

VDS, В

RDS(on) при 1,2 В, Ом

ID max, A

PD max, Вт

Si8805EDB

MICRO FOOT 0,8×0,8

SINGLE P

–8

0,29

3,1

0,9

Si8802DB

MICRO FOOT 0,8×0,8

SINGLE N

8

0,135

3,5

0,9

Si8469DB

MICRO FOOT 1×1

SINGLE P

–8

0,18

4,6

1,8

Si8466EDB

MICRO FOOT 1×1

SINGLE N

8

0,09

5,4

1,8

Si8416DB

MICRO FOOT 1,5×1

SINGLE N

8

0,095

16

13

Si8439DB

MICRO FOOT 1,6×1,6

SINGLE P

–8

0,125

9,2

2,7

Si8424CDB

MICRO FOOT 1,6×1,6

SINGLE N

8

0,045

10

2,7

SiA920DJ

PowerPAK SC-70

DUAL N

8

0,11

4,5

7,8

SiA419DJ

PowerPAK SC-70

SINGLE P

–20

0,113

12

19

SiA427ADJ

PowerPAK SC-70

SINGLE P

–8

0,095

12

19

SiA436DJ

PowerPAK SC-70

SINGLE N

8

0,036

12

19

SiB914DK

PowerPAK SC-75

DUAL N

8

0,48

1,5

3,1

SiB417AEDK

PowerPAK SC-75

SINGLE P

–8

0,23

9

13

SiB404DK

PowerPAK SC-75

SINGLE N

12

0,065

9

13

Si1489EDH

SC70-6

SINGLE P

–8

0,19

2

2,8

Si1011X

SC89-3

SINGLE P

–12

2,475

0,48

0,19

Si2329DS

SOT-23

SINGLE P

–8

0,12

6

2,5

Si2342DS

SOT-23

SINGLE N

8

0,075

6

2,5

SiB437EDKT

ThinPowerPAK SC-75

SINGLE P

–8

0,18

9

13

 

Технология ThunderFET для высоковольтных транзисторов

n‑канальные транзисторы этой серии с пробивным напряжением 150 В можно использовать как в первичной ступени преобразователей напряжения, так и в выходных каскадах конвертеров с синхронным выпрямлением. Область применения: DC/AC-инверторы, повышающие конвертеры для телекоммуникационной аппаратуры, инверторы для солнечных батарей и приводы коллекторных двигателей. В этих приложениях транзисторы SiR872ADP обеспечивают на 45% меньшее сопротивление в открытом состоянии по сравнению с приборами предыдущего поколения, что позволяет существенно уменьшить потери энергии и улучшить эффективность всей системы преобразования энергии.

Ключевым параметром для оценки эффективности применения транзистора в конвертере является коэффициент добротности (FOM), который выражается произведением: значение сопротивления канала в открытом состоянии умножается на значение заряда затвора. Например, для прибора SiR872ADP величина этого параметра — 563 мОм/нКл при 10 В и 524 мОм/нКл при 7,5 В. Уменьшение параметра добротности соответствует снижению потерь проводимости и динамических потерь.

 

Серия транзисторов SQ для экстремальных условий эксплуатации

В этой серии используется специальная технология для повышения надежности и уменьшения количества дефектных приборов.

Технологический процесс оптимизирован. Приборы класса automotive соответствуют требованиям стандарта AEC-Q10. Верхняя граница рабочего температурного диапазона — +175 °C. Используется Trench-технология с вертикальным затвором, обеспечивающая ультранизкое сопротивление канала в открытом состоянии для транзисторов с n‑ и p‑каналами. Есть опции компактных корпусов.

Полевые транзисторы для медицинских приложений

Vishay выпускает серию транзисторов, ориентированную специально на сектор медицинских имплантируемых приборов. Основная особенность этих приборов — гарантированное высокое качество и надежность, которые необходимы для столь ответственных приложений. Высокая надежность обеспечивается организацией специального технологического процесса с тотальным контролем всех приборов, а также за счет организации инспекции качества операций, тестирования и применения термоциклирования для выявления потенциально дефектных приборов.

Портфолио приборов этой категории содержит n‑ и p‑канальные конфигурации, включая:

  • одиночные транзисторы;
  • двойные;
  • пары n‑ и p‑канальных транзисторов.

Размеры корпусов — до 1,6×1,6 мм. Типы используемых корпусов — PowerPAK SC‑75, PowerPAK SC‑70, SOT‑23, TSOP‑6, PowerPAK 1212-8, SO‑8, PowerPAK SO‑8L, DPAK, D2PAK, а также TO‑220.

Продукция этой категории может иметь индекс А или В.

  • Приборы категории A предназначены для использования в высоконадежной медицинской аппаратуре (табл. 8).
Таблица 8. Транзисторы категории А для ответственных медицинских приложений

Тип\

Конфигурация

Корпус

Канал

VDS,
В

VGS,
В

RDS(on)
при 4,5 В, Ом

QG при 4,5 В, нКл

QGS,
нКл

QGD,
нКл

ID max,
A

PD max, Вт

VGS(th) min, В

SMMA511DJ

Пары n- и p-канальных транзисторов

PowerPAK SC-75

p

–12

8

0,07

4,55

0,8

1,4

4,5

6,5

0,4

n

12

0,04

4,5

0,6

0,8

SMMB912DK

Пара n-канальных
транзисторов

PowerPAK SC-75

n

20

8

0,216

1,2

0,3

0,15

1,5

3,1

0,4

  • Продукция категории B соответствует требованиям стандарта AEC-Q101 для автомобильных приложений и может применяться в медицинских приборах, для которых необходима повышенная надежность, но их отказ не приводит к фатальным результатам.

Приложения — медицинские имплантируемые приборы:

  • системы дозированной подачи медикаментов;
  • дефибрилляторы;
  • пэйсмейкеры;
  • слуховые аппараты.

 

HiRel MOSFET

Компания Vishay уже 30 лет производит высоконадежные силовые компоненты и микросхемы для военного сектора и сектора аэрокосмических приложений. Корпуса силовых компонентов полностью соответствуют требованиям стандартов MIL-PRF‑19500 и MIL-PRF‑38535. Специально для применений, где предъявляются особые требования к надежности, безопасности и стойкости к воздействиям окружающей среды, Vishay Siliconix выпускает специальный класс высоконадежных (HiRel) полевых транзисторов. Рабочий температурный диапазон этих транзисторов — –55…+125 °С. Линейка приборов этого класса представлена всего двумя транзисторами: 2N6660 и 2N6661.

Цоколевка полевого транзистора в корпусе TO 39

Рис. 13. Цоколевка полевого транзистора в корпусе TO 39

В таблице 9 приведены параметры этих транзисторов, на рис. 13 — цоколевка полевого транзистора в корпусе ТО‑39.

Таблица 9. Полевые транзисторы HiRel Vishay Siliconix с военной приемкой

Тип

VDS, В

VGS, В

RDS(on) при VGS = 10 В, Ом

Корпус

2N6660

60

20

3

TO-205AD(TO-39)

2N6661

90

20

4

TO-205AD(TO-39)

 

Области применения полевых транзисторов Vishay Siliconix

Автомобильный сектор:

  • Электронный блок управления дизельными и бензиновыми двигателями.
  • Блок управления ксеноновым светом.
  • Кондиционеры.
  • Электроусилитель рулевого управления.
  • Промышленная автоматика:
  • Электроприводы.
  • Измерители мощности.
  • Электронный балласт для источников света.
  • Платежные терминалы.
  • Бесперебойные источники питания.
  • Преобразователи энергии для ветрогенераторов.
  • Компьютерный сектор:
  • Струйные принтеры.
  • Ноутбуки.
  • Импульсные источники питания.
  • Планшеты.

Медицина:

  • Глюкометры.
  • Бытовая электроника:
  • ЖК-телевизоры.
  • Портативные медиаплееры.

Телеком:

  • Мобильные телефоны.
  • Источники питания, сетевые адаптеры.
  • Адаптеры абонентской линии.
  • xDSL-модемы/маршрутизаторы.
  • XDSL-сплиттеры.

 

Поддержка разработки

На сайте компании представлена библиотека температурных моделей (R‑C thermal Model Parameters) для большинства выпускаемых полевых транзисторов. Для облегчения проектирования печатных плат разработчику предоставляется библиотека готовых футпринтов для всех типов корпусов полевых транзисторов, что позволяет избежать ошибок, возникающих при самостоятельном создании футпринта. Есть библиотека Spice-моделей для широкого спектра транзисторов. Для моделирования режимов мощных MOSFET Vishay Siliconix разработала новую версию программного симулятора ThermaSim 3.0, с временным разрешением до 1 нс, что значительно повышает надежность процесса проектирования.

Литература
  1. SiZ916DT Dual N‑Channel 30 V (D‑S) MOSFETs. Datasheet Vishay Siliconix. 2012.
  2. Power MOSFETs. Medical Approved Process Flow and Devices for Implantable Applications.Vishay Siliconix. 2012.
  3. Automotive level qualification requirements for discrete product. (Per AEC-Q101). 2010.
  4. Power MOSFETs. PolarPAK. Vishay Siliconix. 2012.
  5. Hi-Rel Components. Long-Time Supplier for High-Reliability Applications. Vishay Siliconix. 2012.
  6. SkyFET. Integrated MOSFET and Schottky Diode Solution. 2012.
  7. 1.2 V Rated MOSFETs. Industry’s First Load Swit-ches Designed for On-Resistance Ratings at 1.2 V. 2012.
  8. Battery Disconnect Switch.Vishay Siliconix. 2011.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *