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Si功率元件

Si電晶體

同時具備MOSFET和IGBT優勢的Hybrid MOS

本文介紹ROHM命名為“Hybrid MOS”的、同時具備MOSFET和IGBT兩者優勢的MOSFET。產品位於下圖最下方紅色框內。

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同時具備MOSFET和IGBT優異特性的Hybrid MOS GN系列

Hybrid MOS是同時具備超接合面MOSFET(以下簡稱“SJ MOSFET”)的高速開關和低電流時的低導通電阻、IGBT的高耐壓和大電流時的低導通電阻這些優異特性的新結構MOSFET。

下面為IGBT、SJ MOSFET、Hybrid MOS的特長比較圖。

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如V-I特性所示,Hybrid MOS在低電流範圍具有與SJ MOSFET基本相同的良好特性。在大電流範圍斜率陡升,可流過更多的電流。這表示該範圍的導通電阻比SJ MOSFET低,雖然不能說是與IGBT同等,但Hybrid MOS大大改善了SJ MOSFET大電流範圍的特性。

5個專案分5個等級進行評估的稍詳細的比較圖。從圖中清晰可知,Hybrid MOS具備全能型特性。
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與SJ MOSFET 相比,Hybrid MOS在高溫下的工作得到顯著改善。另外,還能夠在更大電流下工作。這與前面提到的導通電阻的溫度特性密切相對。

右圖表示Hybrid MOS與SJ MOSFET的導通電阻Ron的詳細溫度特性。SJ MOSFET在高溫時,相對於ID的VDS、即Ron顯著增加。所以,當周圍溫度高時不必言說,當ID增加時可能會產生發熱增加、晶片溫度上升、Ron增加、故晶片溫度進一步上升的“熱失控”狀態。而Hybrid MOS即使在高溫狀態下,Ron及Ron的變動非常小,在Tj=125℃、ID=20A條件下的比較中,Ron換算結果減少達62%。

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在與IGBT的比較中,開關特性與SJ MOSFET同樣優異。

Hybrid MOS可高速開關,而這是IGBT的弱點。只要能提高開關頻率的速度,即可減少組成電路的電感和電容的值和尺寸。

另外,沒有損耗要因之一的尾電流。而對於IGBT來說,導通時的尾電流是重要的探討事項。

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基於市場需求的研發背景

近年來,隨著省能源法的修訂,家電產品開始用更接近實際使用狀態的能效標準APF(Annual Performance Factor)來標示。以空調為例,要改善APF,其中一個關鍵要點是提高室溫穩定的正常動作狀態、即低負載時的效率。因此,低電流範圍效率較高的SJ MOSFET更有利,而在急速製冷時等高負載時,SJ MOSFET效率發揮不充分時居多,故使用IGBT的例子不在少數。然而,IGBT在低負載時的效率較差,從APF的角度看,需要尋求在整個範圍效率均高的解決方案。Hybrid MOS就是基於這個背景研發而成的MOSFET。

下圖是在空調的PFC電路中評估Hybrid MOS、SJ MOSFET、IGBT效率的例子。

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效率曲線表示前面介紹的各電晶體的特長。Hybrid MOS在低負載時實現了遠超IGBT的效率,而且在高負載時保持了與IGBT同等的效率。

這是空調的例子,這款Hybrid MOS的特長在其他很多設備中也同樣表現非凡。對比使用現有IGBT的應用以及使用SJ MOSFET的應用,Hybrid MOS的定位如下所示。下圖表示不同功率和開關頻率每種電晶體的覆蓋範圍。

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如圖所示,Hybrid MOS的紅色框內與各電晶體重疊的區域,可直接用Hybrid MOS替代。另外,紅色框內未重疊的區域,是未來可能擴展的改進空間。基於SJ MOSFET的應用,可直接利用基本特性提高功率。基於IGBT的應用,作為IGBT可用來提高功率較低的應用的效率,以及高速化=小型化。

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重點:

・Hybrid MOS是兼備MOSFET和IGBT優勢的新結構MOSFET。

・同時具備MOSFET的高速性、在低電流範圍的低損耗、IGBT在大電流範圍的低損耗特性。

・有利於提高家電的APF標準。不僅支援大功率,還可提高低功率範圍的效率。


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