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标题: OptiMOS 3 MOSFET-2 [打印本页]

作者: look_w 时间: 2018-1-26 12:47 标题: OptiMOS 3 MOSFET-2

通过封装的选择来优化产品的性能

封装的寄生特性，特别是封装电阻和源电感，对产品性能具有重要影响。由于其紧凑的设计及芯片源电极与引脚架之间采用的夹片连接，SuperSO8封装具有很低的封装电阻，达到约0.3至0.6 mΩ（包括芯片金属化），而TO-220的封装电阻则达到约0.8至1.2mΩ。图2以实例说明，对于40V产品类别中的最佳指标，SuperSO8封装的封装电阻占总电阻的17%，而TO-220封装却占到50%。对于同样的芯片表面面积，由于其封装电阻更低，SuperSO8封装可以实现更低的通态电阻。
源电感的降低，改善了栅-源驱动途径。SuperSO8封装具有极低的源电感，仅为1nH，而根据引脚长度的不同，TO-220封装的源电感却高达1至12nH。

同步整流的功率损耗降低百分之八

同步整流是对处于电气隔离状态的开关模式功率转换器的次边变压器的矩形输出电压信号所进行的整流。为实现更高的效率，以MOSFET取代传统的二极管进行同步整流。二极管的高消耗源自整流器二极管约0.6V的前向导通电压与高达100A以上的极高次边输出电流的共同作用。为处理所引起的功率损耗，必须使用大量并联的二极管，而这又要求使用大型热沉，以散去所产生的热量。这些意味着系统的低效率和低功率密度。以MOSFET取代二极管，可以弥补上述不足。
SuperSO8与TO-220封装型式的效率比较请参见图3。仅仅采用SuperSO8封装代替TO-220封装，就可以将效率提高0.4%，相对于功率损耗降低8%。导致这种效率提高的主要原因是更低的封装电阻，仅为约1 mΩ。在采用TO-220封装时，如果要在满载时达到同样的效率，就必须采用低RDS(on)，而这意味着较高的电容，从而使轻载时的效率较低。SuperSO8封装的另一个重要优势是不存在封装电感，而考虑到该应用条件下高达800A/μs的典型电流斜率，封装电感可能会影响门驱动信号。通过源管脚因电感效应而耦合进来的电压可能会在MOSFET关断过程中抬高门极电压，导致动态重复导通-关断的风险，从而提高消耗，降低效率。采用SuperSO8封装时，由于不存在引脚电感，可以消除这种效应。另外，封装电感还与漏极-源极电压过冲直接相关。封装电感越低，电压峰值就越低。开关式拓扑一般需要缓冲器网络，以抑制MOSFET中的电压过冲。缓冲器网络也可以被优化。缓冲器主要与MOSFET漏极-源极并联的RC组合，这种缓冲器的电容会显著增加开关损耗。采用SuperSO8封装时，电压过冲较小，因而可以降低缓冲器的电容，从而提高效率。

有效冷却

MOSFET的热性能由热电阻Rthja（节点-环境）决定。影响Rthja的主要因素包括电路板上的镀铜面积和环境条件，即空气流通和通过强制对流形成的散热。除电路板上的镀铜面积外，在管壳顶部直接安装热沉也可以增加散热面积，热沉和管壳之间以导热材料作为夹层。实测结果表明，强制对流可以将热电阻降低大约50%，从而将散热能力相应提高一倍。SuperSO8封装采用夹片连接，夹片上的塑料厚度约为150μm，这就形成了一条通向管壳顶部的低热电阻通道，从而可以通过元件的顶部进行冷却。热沉冷却的效果取决于所用热沉的大小。研究显示，热电阻可以降低30至50%（图4）。顶部冷却方式可以用于嵌入式系统或垂直插入底架的电路板，可以显著提高功率密度。

将电路板版图纳入考虑

对于通态电阻极低的产品，必须认识到存在与通态电阻处于同样数量级的版图电阻。因此在应用中必须特别注意版图。图5显示穿过MOSFET和版图的压降。本例中的铜线为35μm，导线压降与穿过MOSFET的压降处于同一个数量级，使得铜线损耗的上升至与半导体损耗相同的水平。因此，只有通过采用短或厚的导线实现低电阻连接，才能充分发挥SuperSO8封装的优势。

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