優(yōu)化MOSFET以滿足特定應(yīng)用的需求

在過去的十年左右期間，功率MOSFET發(fā)展的主要目標(biāo)是提升效率并降低漏極至源極通態(tài)電阻。對于大多數(shù)應(yīng)用而言，選擇給定的品質(zhì)因數(shù)(RDS(on) x Qg)通常是一個很好的開始。隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用復(fù)雜性的日益提高，僅僅依靠品質(zhì)因數(shù)再也無法確保為手頭的工作使用最佳的MOSFET。實際上，為了滿足這些要求，現(xiàn)在越來越有必要優(yōu)化一組MOSFET參數(shù)，這些參數(shù)的數(shù)量不斷增加，而且通常會犧牲歷來很重要的參數(shù)。

在去年的這個時候，“當(dāng)下公認(rèn)的MOSFET品質(zhì)因數(shù)還有意義嗎？”這篇博客指出，隨著新電源技術(shù)的出現(xiàn)和開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)速度的加快，我們發(fā)現(xiàn)許多不同的參數(shù)成為了“系統(tǒng)關(guān)鍵型”參數(shù)。博客給出的一個例子是，對于SMPS拓?fù)?，我們需要認(rèn)識到Qrr的重要性，以及Qg的關(guān)鍵性在不斷下降。

考慮到功率MOSFET的廣泛應(yīng)用范圍，很明顯，這種趨勢在越來越多的應(yīng)用中得到了體現(xiàn)。對于許多設(shè)計而言，這意味著僅僅選擇具有合適FOM的標(biāo)準(zhǔn)MOSFET無法再滿足所有應(yīng)用需求。這些需求包括管理電壓峰值、可靠的線性模式性能、增強保護或EMI特性等。突然之間，一系列全新的MOSFET參數(shù)（例如安全工作區(qū)域(SOA)）已經(jīng)成為某個特定應(yīng)用的關(guān)鍵參數(shù)。而優(yōu)化這些參數(shù)通常會對歷來很重要的參數(shù)產(chǎn)生直接負(fù)面影響。

穩(wěn)步增長的產(chǎn)品組合

很長一段時間以來，Nexperia一直將成熟的MOSFET專業(yè)知識與廣泛的應(yīng)用認(rèn)知相結(jié)合，以滿足關(guān)鍵客戶的具體需求。為此，Nexperia近年來開辟了不同的發(fā)展道路，并開始打造我們的應(yīng)用專用MOSFET（即ASFET）系列。這些發(fā)展包括適用于以太網(wǎng)供電(PoE)和電源設(shè)備(PSE)的ASFET，以及適用于熱插拔和軟啟動的ASFET等等，為始終開機的機架式計算機、通信和存儲系統(tǒng)提供有力支撐。對于這兩種應(yīng)用而言，重要的參數(shù)包括低RDS(on)和增強安全工作區(qū)域(SOA)，而這兩個參數(shù)在普通MOSFET中是互斥的。

依托這種特定于應(yīng)用的方法，我們與客戶開始研究還可以對其他什么應(yīng)用和“系統(tǒng)關(guān)鍵型”參數(shù)進行優(yōu)化。憑借Nexperia的SOA和穩(wěn)健性優(yōu)化，我們開發(fā)出了專為多節(jié)鋰離子電池組設(shè)計的適用于電池隔離的ASFET。該技術(shù)可確保因故障條件引起的任何大量放電都能以受控方式得到管理，直到電池被安全隔離且系統(tǒng)關(guān)閉為止。雖然在正常工作中需要低RDS(on)來降低傳導(dǎo)損耗，但就功能而言，安全電池隔離的參數(shù)至關(guān)重要。

直流電機控制的發(fā)展

電力電子市場在過去幾年中發(fā)展如何，最好的一個視角可能莫過于我們所目睹的直流電機革命。從過去較大的低效設(shè)備，到今天外形小巧且功能強大的PWM驅(qū)動無刷直流電機，該領(lǐng)域取得了長足的進步。發(fā)生變革的不僅僅是直流電機，借助24 V電源軌或多節(jié)鋰離子電池組，一系列新應(yīng)用也都隨之成為可能。

但是，由于應(yīng)用范圍如此廣泛（從無人機、家用電器和電動工具，一直到高爾夫球車和叉車），我們適用于直流電機控制的ASFET系列的優(yōu)化要求也同樣各不相同。例如，在無繩電動工具的緊湊主體中集成所需的功率和效率可能極具挑戰(zhàn)。因此，MOSFET經(jīng)過優(yōu)化后可在Power-SO8封裝(LFPAK56)內(nèi)處理高達300 A的漏極電流，以在高轉(zhuǎn)矩啟動情況或故障條件下提供充足保護。此外，對于并聯(lián)使用多個MOSFET的大型多節(jié)移動系統(tǒng)而言，平衡均流可能是關(guān)鍵。

滿足典型和未來應(yīng)用的需求

隨著設(shè)計人員打破應(yīng)用性能界限，了解MOSFET的使用方式變得越來越關(guān)鍵。這一點從上面提到的幾個例子便可見一斑，但Nexperia相信會有越來越多的應(yīng)用需要通過某種程度的優(yōu)化來滿足各自的不同要求。

優(yōu)化可能相對簡單明了，例如針對越來越多的36 V DC電機優(yōu)化VDS。不管是鏈鋸和綠籬修剪機，還是電動自行車和滑板車，都要用到這種電機。又如通過優(yōu)化MOSFET來輕松應(yīng)對重復(fù)雪崩電流，同時將結(jié)溫保持在175°C以下，讓使用感應(yīng)負(fù)載（例如驅(qū)動電磁閥）的設(shè)計人員能夠用現(xiàn)代技術(shù)取代平面技術(shù)。無論是哪種優(yōu)化，對于許多應(yīng)用而言，僅憑品質(zhì)因數(shù)來選擇MOSFET都將變得越來越具有挑戰(zhàn)性。

審核編輯：郭婷