在小规格元器件中推动更大功率归功于半导体材料和封裝技术性的发展。一种选用顶端排热规范封装类型的新式输出功率MOSFET就采用了新一代半导体技术,在高效率级别、功率和稳定性等领域都到达了新的水准。

　　电源设计技术工程师一直都面对着众多的设计方案挑戰,这也是因为优秀CPU自身的需求和很多的作用都必须耗费输出功率。线路板中交给电源转换器的室内空间经常被缩小,即便 是在必须千百种供电系统电流和具体功率持续提高的状况。优秀的封装类型,比如DaulCool NexFET输出功率MOSFET就有利于技术工程师在规范封裝中达到那些要求。选用了NexFET技术性的输出功率MOSFET根据减少开关损耗和具备顶端排热功能的DaulCool输出功率封裝技术性能够达到更多的输出功率,进而可以得到更多的功率。

　　理想化电源开关

　　在常见的同歩降血压电源开关电源转换器中,MOSFET做为按钮应用时的首要耗损包含开关损耗、传输耗损、体二极管耗损和栅压推动耗损。开关损耗主要是由元器件自身构造的分布电容造成的。传输耗损是元器件工作中在提高方式时由通断电阻器(RDS(on))造成的。体二极管耗损是正方向电流和反向恢复正电荷(Qrr)的涵数。栅压推动耗损由MOSFET的栅正电荷(Qg)决策。因而,分布电容和通断电阻器(RDS(on))决策了元器件在特殊运用中的特性。在目前的低电压MOSFET中最广泛采用的新技术是TrenchFET(如图所示1所显示)。

　　图1 MOSFET构造较为

　　TrenchFET技术性的普遍应用是考虑到它取代平面图技术性的特殊芯管规格下具备非常低的通断电阻器,唯一的欠缺便是分布电容一般会有所增加。总面积相对比较大的断面墙使它难以减少內部的分布电容,这类电容器使技术工程师只有在提升特性的低频率和具备更强功率的高输出功率中间作出挑选。

　　NexFET技术性能够得到与TrenchFET技术性类似的通断电阻器,而对应的分布电容大概减少50%。元器件底端侧边的蔓延MOS(LDMOS：横着蔓延氢氧化物半导体材料)和竖直流动性电流量能够取得很高的电流强度。图1所显示的构造展现出栅压下边的范围在源极区和漏极区重合得非常少,这就促使內部分布电容不大。分布电容的减少会使电源开关时的正电荷(Qg、Qgs、Qgd)减少。因而,元器件的按钮速率会迅速,也减少了MOSFET中的开关损耗。与此同时,光耦电路所须要的力量也非常低,这也减少了控制器中的耗损。元器件內部的密勒正电荷(Qgd)危害元器件开关损耗,并影响着清除Cdv/dt开启的电源开关工作能力,它的出现使高效率大幅度降低,并有可能损坏MOSFET。

　　NexFET技术性改善的首要功能是它具备更低和更平的电功率耗损-頻率曲线图(如图2所显示)。因而,与TrenchFET技术性对比,选用NexFET技术性的常见的同歩降血压开关电源变换电源电路在保持同样输出功率消耗的情形下能够工作中在二倍的頻率。比如,假如将输出功率耗损限定在3W,并保持全负荷高效率高过90%,电源开关頻率就可以从500kHz(TrenchFET MOSFET)提升到1MHz(NexFET MOSFET)。当开关电源电路工作中在更好的次数时,无源器件,比如輸出电感器等的大小就可以降低50%,这也改进了功率。

　　图2 新式MOSFET的竖直输出功率耗损曲线图使它还可以工作中在更好的頻率

　　理想化的封裝技术性

　　半导体元器件在改进功率层面遭受很多限定。必须被控制元器件內部的电功率耗费以减少它对线路板总面积和元器件中间排热的危害。

　　图3表明了一个DaulCool封裝和规范QFN封装的横截面比照,及其在印制电路板(PCB)上和热管散热器中间的外界轮廊。这二种封裝的外界轮廊是一样大的,技术工程师能够无需变更线路板而立即应用随意一种元器件。在这里二种封裝中,芯管(图上的鲜红色一部分)被组装在脚位衬底上,铜联接片用以联接芯管顶端到右边的源极脚位。这类构造减少了从芯管到上方的传热系数(RθJT),能够从规范QFN封装中大概10℃ /W的传热系数降至1.2℃ /W。这也代表着到上方的传热系数大概相当于到底边的传热系数。此外,元器件顶端的热管散热器务必是厚底的,以使热管散热器与元器件封裝触碰优良,确保排热和保护接地。因而,在元器件封裝和热管散热器中间也务必置放有优良的绝缘层磁屏蔽材料。

　　图3 DaulCool封裝(上)和规范QFN封装(下)的横截面对比分析

　　当DaulCool封裝的元器件安装有热管散热器时,发热量便会根据当然或逼迫热对流制冷方式从线路板传送到随意空气中。依据系统软件级模拟仿真(如图4所显示)的結果,这类排热方法还可以完成比规范QFN封装多消散达到80%的热功率。

　　图4 新式封裝的排热工作能力比规范封裝的高于贴近80%

　　高些的排热工作能力能够为载荷给予附加50%的电流量。因此,当保持同样的节点溫度时,能够得到更多的功率和改进功率。此外,排热功能的增强促使电源电路在给予额定电压的与此同时,还能够附加给予不超过额定电压50%的高些电流量,并使元器件工作中在更低的溫度、降低发烫对其它元器件的危害,也增强了操作系统的稳定性。

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