?英飛凌600 V CoolMOS? 8 新一代硅基MOSFET技術助力電力電子行業(yè)變革

該技術將對數據中心、可再生能源和消費電子等行業(yè)產生深遠影響。

在日新月異的電力電子行業(yè)，對更高效、更強大、更緊湊元器件的需求持續(xù)存在。對于新一代硅基MOSFET，英飛凌進行了巨大的研發(fā)投入，以重新定義系統(tǒng)集成標準，使其在廣泛的電力電子應用中能夠實現更高功率密度和效率。

在英飛凌，CoolMOS 8的推出意味著這些投入已經取得了成效。它是一項先進的MOSFET技術，集成快速體二極管，能夠讓設計人員和工程師前所未有地獲益。該技術是對英飛凌現有寬禁帶半導體技術的有力補充，將對數據中心、可再生能源和消費電子等行業(yè)產生深遠影響。

在了解關鍵特性和益處之前，我們先來看看CoolMOS 8的起源。CoolMOS 8是英飛凌新一代硅基MOSFET技術，旨在取代現有的高/低功率開關電源（SMPS）的CoolMOS 7產品系列。它是CoolGaN和CoolSiC寬禁帶半導體技術的有力補充。該產品組合將使設計人員能夠滿足不同類型的電力電子應用需求。CoolMOS 8主要面向消費和工業(yè)終端市場；這意味著，該系列并未包含適用于汽車應用的器件。汽車應用的設計人員可以繼續(xù)使用現有的車規(guī)級CoolMOS 7器件。

CoolMOS 8的創(chuàng)新之處在于，該系列所有器件中都集成了快速體二極管，使得設計人員能將該系列產品用于目標應用中的所有主要拓撲。600 V CoolMOS 8產品系列具有完善的產品組合，英飛凌最先將供應直插封裝、表面貼裝和頂部冷卻（TSC）器件。CoolMOS 8 MOSFET還比同類競品具有更高的電流處理能力，且擁有最小的導通電阻（RDS(on)）與面積乘積。

但這對設計人員和工程師意味著什么呢？CoolMOS 8在最終面向消費和工業(yè)市場推出后，將大大簡化英飛凌客戶的產品選型；因為相比已有的CoolMOS 7產品系列，它的產品數量減少了50%以上。在CoolMOS 7產品系列下，擁有快速體二極管的器件通過在產品名稱中包含“FD”來進行區(qū)分。CoolMOS 8系列下的所有產品都擁有快速體二極管（無論導通電阻（RDS(on)）值為何），這意味著它無需再遵循之前的命名規(guī)則。

當前供應的600 V CoolMOS 8產品組合（2024年）

CoolMOS 8 的關鍵特性

上面我們回顧了一些產品開發(fā)背景和原理，現在我們來看看CoolMOS 8的一些關鍵特性。這包括用于諧振拓撲的最佳快速體二極管性能，先進芯片焊接技術，以及創(chuàng)新的頂部冷卻（TSC）封裝技術。

相比CoolMOS 7系列同類器件，CoolMOS 8技術的關斷損耗（Eoss）降低10%，輸出電容（Coss）降低50%。CoolMOS 8器件相比CoolMOS 7還將熱阻降低至少14%，大大改進了熱性能。能夠實現這一改進，是因為使用了英飛凌專有的互連技術（.XT），該技術提高了將硅芯片連接至引線框架時的熱導率。這些性能優(yōu)勢使得CoolMOS 8比CoolMOS 7 具有更高效率。

（3.3 kW）LLC級與（2.5 kW）PFC級之間的相對效率比較

CoolMOS 8 MOSFET采用的創(chuàng)新ThinTOLL 8 × 8封裝，相比ThinPAK 8 × 8封裝具有更優(yōu)的性能，有助于保持引腳兼容性。ThinTOLL 8 × 8封裝占板面積小，有助于實現高功率密度；且充分利用了英飛凌先進的互連技術，提高了熱性能。ThinTOLL封裝盡管尺寸小巧，但在電路板溫度循環(huán)試驗中的故障率與采用TOLL封裝的器件非常接近，且二者具有幾乎相同的性能因數。

新ThinTOLL 8 × 8封裝與ThinPAK 8 × 8封裝的尺寸比較

封裝的升級不僅有助于實現大批量組裝和改進電路板設計，還通過幫助實現高引腳數器件的全自動處理，使得在成本高昂的組裝工廠進行光學焊接檢測更容易。憑借在最近七年里累計交付的超過67億顆器件中，僅有過5次現場故障，CoolMOS 8無疑鞏固了英飛凌在可靠性方面的卓越聲譽。

對系統(tǒng)集成的益處

CoolMOS 8對系統(tǒng)集成的益處，可通過英飛凌利用該系列器件進行的參考設計來證明。例如，一臺3.3 kW高頻率和超緊湊整流器可達到97.5%的效率，以及95 W/in3的功率密度，尺寸為1U時也是如此。能達到如此高的工作效率和功率密度，是因為在設計中聯合使用了CoolMOS 8、CoolSiC及CoolGaN 技術；它采用了創(chuàng)新的集成式平面磁性結構，并對圖騰柱功率因數校正（PFC）級和半橋GaN LLC DC/DC功率變換級進行完全數字化控制。

單獨提供的2.7 kW配套評估板展示了利用無橋圖騰柱PFC和LLC DC/DC功率變換級構建的高效率（>96%）電源裝置（PSU）。這一高功率密度的設計聯合使用了650 V CoolSiC和600 V CoolMOS 8開關技術。該PSU可利用XMC1404控制器（控制PFC級）和XMC4200控制器（控制LLC級）進行數字化控制，使得可以控制和調整PFC開關頻率，以進一步減小電感器尺寸，和/或降低功耗。試驗表明，該PSU在高負載條件下的效率提高了0.1%，使其相比利用CoolMOS 7 MOSFET構建的類似設計，擁有更低功耗和更好的散熱性能。

當前供應的評估板（2.7-kW PSU和3.3-kW HD/HF SMPS）

主要應用

CoolMOS 8器件是工業(yè)和消費市場中不同SMPS應用的理想選擇。但它們仍然尤其適用于數據中心和可再生能源等重要終端市場。在數據中心應用領域，CoolMOS 8通過實現利用硅器件可能達到的、盡可能最高的系統(tǒng)級功率密度，來幫助設計人員達成能源效率和總擁有成本目標。在可再生能源應用領域，采用頂部冷卻（TSC）封裝的CoolMOS 8器件，可幫助減小系統(tǒng)尺寸和降低解決方案成本。

面向目標應用的DDPAK和QDPAK封裝產品

由于600 V CoolMOS 8還擁有極低的導通電阻（RDS(on)）值（7 mΩ），因此在日益壯大的固態(tài)繼電器應用（S4）市場，它適合作為替代CoolSiC 的、更具性價比的技術。相比機械繼電器，固態(tài)繼電器擁有更快開關速度，不產生觸點拱起或彈跳，因而能夠延長系統(tǒng)壽命。它們還具有良好的抗沖擊、抗振動能力，以及低噪聲。

另外，通過將CoolMOS 8與CoolSiC 器件結合使用，設計人員還可優(yōu)化系統(tǒng)級性價比。對于2型壁掛式充電盒、輕型電動交通工具、無線充電器、電動叉車、電動自行車和專業(yè)工具充電，CoolMOS 8還可幫助實現更具成本競爭力的設計。在更寬泛的消費類應用領域，CoolMOS 8可讓終端產品更容易滿足靜電放電要求，并助力實現更靈活的系統(tǒng)設計。與此同時，頂部冷卻（TSC）封裝還有助于進一步降低組裝成本，并提高功率密度。

與先進MOSFET設計有關的

下一步計劃

我們不久就會推出用于驅動CoolMOS 8 MOSFET的新一代柵極驅動器，使其能夠在開關應用中實現最優(yōu)的RDS(on)性能。這些EiceDRIVER柵極驅動器將具有單極驅動能力，以及封裝共模瞬變抗擾度（@600 V），能夠幫助簡化系統(tǒng)認證與合規(guī)。由于厚度減小，CoolMOS 8器件非常適合使用QDPAK TSC封裝，甚至可被置于散熱片的下面。英飛凌還計劃在未來幾年內推出采用多種不同封裝的CoolMOS 8 MOSFET。

600 V CoolMOS 8新一代硅基MOSFET技術的推出，推動電力電子領域取得了一次重大進展。集成快速體二極管、先進芯片焊接技術以及創(chuàng)新封裝技術等重要配置，凸顯出英飛凌致力于提供先進解決方案以滿足設計人員和工程師的更高需求的堅定決心。通過極低的現場故障率可以證明，這項技術還具有良好的熱性能及可靠性。

隨著CoolMOS 8器件逐漸出現在不同的SMPS應用中，尤其是數據中心和可再生能源等應用領域，它們將幫助實現更節(jié)能、更緊湊和更具性價比的設計。未來，通過充分發(fā)揮CoolMOS 8 MOSFET與即將推出的新一代柵極驅動器之間的協同作用，英飛凌將采取一體化方法來推進MOSFET的設計和應用。這一旅程將幫助鞏固英飛凌的半導體技術領先地位，并為未來的發(fā)展奠定堅實基礎。