2021年11月初，新一輪國(guó)際能源氣候大會(huì)在英國(guó)舉辦，會(huì)上確定了各國(guó)碳中和、碳達(dá)峰的時(shí)間表。對(duì)此，中國(guó)也制定出了符合發(fā)展中國(guó)家國(guó)情的“雙碳3060”戰(zhàn)略，目標(biāo)中指出2060年中國(guó)可再生能源的比重將大于50%。

如何實(shí)現(xiàn)減碳跨越?最終還是要落實(shí)到各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中，比如家電、工業(yè)設(shè)備、大型數(shù)據(jù)中心、太陽(yáng)能等清潔能源的使用。而對(duì)于前面羅列出來(lái)的這些高壓設(shè)備和系統(tǒng)而言，除了降低負(fù)載用電外，電源本身的功耗和轉(zhuǎn)換效率也是降低整體功耗的重要因素。于是，各個(gè)系統(tǒng)廠商在設(shè)計(jì)大型電機(jī)驅(qū)動(dòng)、高壓電源和光伏逆變器時(shí)，常常需要挑選合適尺寸、封裝的超級(jí)結(jié)MOSFET(Super Junction MOSFET)。

模擬工程師們都了解，在我們使用MOSFET搭建全橋或半橋時(shí)，常常需要在MOSFET的漏極和源極之間加上一個(gè)快速恢復(fù)體二極管，快速恢復(fù)體二極管的反向恢復(fù)時(shí)間幾乎為零，一下子就能截止，所以可以防止由于關(guān)斷反應(yīng)慢帶來(lái)的上下管同時(shí)導(dǎo)通后的燒片現(xiàn)象。

針對(duì)這種高壓、高效率、低功耗、反向恢復(fù)快的應(yīng)用需求，東芝推出集成了快速恢復(fù)體二極管的DTMOSVI-HSD(VDSS=650V)系列產(chǎn)品。具體型號(hào)見下表，其中TO-247封裝的兩個(gè)型號(hào)TK095N65Z5(ID=30A)和TK042N65Z5(ID=57A)已經(jīng)進(jìn)入工程樣品階段，今年的一季度將會(huì)量產(chǎn)，其余型號(hào)正在緊鑼密鼓的開發(fā)之中。

那么，DTMOSVI-HSD(VDSS=650V)系列產(chǎn)品有何特點(diǎn)呢?首先從字面上，我們可以知道這個(gè)系列的MOSFET采用的是超級(jí)結(jié)工藝(東芝的DTMOS指的就是SJ-MOS)，VI說(shuō)明是第六代產(chǎn)品，HSD就是帶快速恢復(fù)體二極管，VDSS=650V說(shuō)明漏源靜態(tài)電壓為650V。

與上一代產(chǎn)品DTMOSIV-HSD相比，DTMOSVI-HSD的恢復(fù)特性幾乎相同，但開通損耗降低了約68%，關(guān)斷損耗降低了約56%。這是因?yàn)闁|芝采用了自研的工藝和內(nèi)部結(jié)構(gòu)升級(jí)，使得DTMOSVI的導(dǎo)通電阻RDS(ON)、總電荷Qg、柵極電荷Qgd，以及高溫下的靜態(tài)漏源電流IDSS都降低了。

從上圖中可知，對(duì)比上一代產(chǎn)品DTMOSIV-HSD，DTMOSVI-HSD的RDS(ON)*Qgd乘積減少了80%，RDS(ON)*Qg乘積減少了60%。這說(shuō)明在導(dǎo)通電阻降低的同時(shí)，柵極充放電的速度大大提高了，當(dāng)外圍參數(shù)在相同的設(shè)計(jì)情況下，MOSFET的開關(guān)速度將相應(yīng)加快。

同時(shí)，以150℃環(huán)境下的靜態(tài)漏源電流IDSS為例，型號(hào)為TK28N65W5的上一代DTMOSIV-HSD系列產(chǎn)品的靜態(tài)漏源電流IDSS為2.6mA，而型號(hào)為TK(095)N65Z5的DTMOSVI-HSD系列產(chǎn)品的靜態(tài)漏源電流IDSS僅為390μA，這將大大降低功率MOSFET的本身?yè)p耗。

此外，東芝在DTMOSIV-HSD系列產(chǎn)品中還增加了兩種帶Kelvin-source端子的封裝，分別是TOLL和TO-247-4L封裝。其中，TOLL封裝是一種表面封裝類型的封裝，封裝面積比現(xiàn)有封裝D2PAK小了約27%。而TO-247-4L封裝則是一種4端子類型的封裝，由于它的驅(qū)動(dòng)源極采用從源極引出的開爾文連接，因此可降低連接電阻，并使柵極和驅(qū)動(dòng)源極組成的驅(qū)動(dòng)電路回路最小化，減少寄生電感。這種做法將提高器件開關(guān)的上升和下降時(shí)間，降低開關(guān)損耗，激發(fā)MOSFET的高速開關(guān)性能，抑制開關(guān)時(shí)的振蕩。

值得一提的是，東芝選擇首先量產(chǎn)TO-247封裝的產(chǎn)品，是因?yàn)槟壳昂芏嗫蛻粼谑褂眠@個(gè)封裝的產(chǎn)品。而對(duì)于未來(lái)市場(chǎng)，DFN8×8和TOLL封裝會(huì)是一種趨勢(shì)，非常適用于數(shù)據(jù)中心、太陽(yáng)能發(fā)電和工業(yè)設(shè)備的電源的開發(fā)，所以東芝今后將繼續(xù)投入DFN8×8和TOLL封裝產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，為設(shè)備小型化、高效化做出貢獻(xiàn)。

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原文標(biāo)題：體積、功耗、效率三重優(yōu)選，東芝推出高壓DTMOSVI系列產(chǎn)品(帶快速恢復(fù)體二極管)

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審核編輯：湯梓紅