Являясь ведущим мировым поставщиком высоковольтных силовых MOSFET-транзисторов, компания STMicroelectronics предлагает разработчикам широкий выбор силовых устройств для различных конечных применений. На сегодняшний день каждый пятый продаваемый в мире высоковольтный MOSFET-транзистор выпускается на заводах STMicroelectronics. Развивая это направление, компания только в текущем году представила две новые технологии производства высоковольтных MOSFET - 950В SuperMESH3 и 650В MDmesh V. Рассмотрим подробней последнюю.

Технология MDmesh V - это самая последняя реализация собственной Multi Drain Mesh-технологии ST категории Super-Junction, впервые представленной в 2001 году. Четыре года позднее на рынке появились и стали популярны MOSFET-транзисторы MDmesh II серии NM..N с напряжением пробоя от 300 В до 650 В. Поколения приборов MDmesh III и MDmesh IV остались в виде лабораторных образцов и не пошли в серийное производство. Как видно из рисунка 1, транзисторы семейства MDmesh V на 40% превосходят предыдущее семейство MDmesh II MOSFETs по величине сопротивления открытого канала на единицу площади кристалла, обеспечивая тем самым более высокий КПД и плотность мощности частотных преобразователей. В 2011 году ожидается выход нового поколения приборов - MDmesh VI, у которых величина этого параметра уменьшится еще на 40%.

Рис. 1. Эволюция силовых MOSFET транзисторов семейства MDmesh^TM

Улучшение структуры стока на кристалле позволило уменьшить падение напряжения «сток-исток», что обеспечивает у транзисторов семейства MDmesh V лучшее на рынке значение сопротивления открытого канала на единицу площади кристалла . Например, у одного из первых серийных транзисторов этой серии STP42N65M5, выпускаемого в корпусе TO-220, максимальное значение Rds(on) равно 0,079 Ом при Vgs = 10 В. На рисунке 2 показано сравнение значений сопротивления открытого канала некоторых типов транзисторов в различных корпусах. Здесь видно, что как транзисторы MDmesh II, так и транзисторы MDmesh V имеют лучшие значения данного параметра по сравнению с конкурентными решениями соответствующих поколений приборов. Разница особенно чувствительна для транзисторов в относительно малых корпусах, таких как DPAK.

Рис. 2. MDmesh V - лучшее значение сопротивления открытого канала

Так как потери на силовом ключе определяются не только потерями на проводимость, но и потерями на переключение, посмотрим на динамические характеристики транзисторов. Приборы MDmesh V наряду с отличными статическими характеристиками обладают и неплохими динамическими параметрами, низкими значениями заряда затвора Qg и выходной емкости.

На рисунке 3 показано сравнение величин потерь энергии в выходной емкости за период переключения транзисторов STx42N65M5 и лучших конкурентных решений. На графике видно, что во всем диапазоне рабочих напряжений потери на переключение у MDmesh V транзисторов ниже, чем у подобных устройств конкурентов. Улучшение вышеперечисленных параметров MOSFET транзисторов приводит, соответственно, к возможности построения источников питания с более высокими значениями КПД.

Рис. 3. Зависимость потерь энергии в выходной емкости от напряжения сток-исток

Еще одним бонусом для разработчиков будет также повышенное до 650 В напряжение пробоя «сток-исток». По сравнению со стандартным значением 600 В у высоковольтных MOSFET других производителей, такое напряжение дает производителям импульсных источников питания дополнительный запас по безопасности. Последнее по порядку, но не последнее по значению преимущество MDmesh V MOSFET - это поведение транзистора во время переключения, а точнее - во время выключения. На рисунке 4 изображены формы сигналов в момент выключения транзисторов, справа для транзисторов STP42N65M5, а слева для транзисторов конкурентов. Малиновым цветом показаны формы напряжения на затворе транзисторов, зеленым цветом - напряжения на стоках, синим цветом - токи стоков. В левом овале измерительным оборудованием зафиксирован высокий уровень шума в момент переключения, тогда как в правом форма сигналов напряжения на затворе и стоке ключа значительно чище. Соответственно, пониженный уровень электромагнитных помех, генерируемых устройствами ST при переключении, позволяет понизить требования к их фильтрации, что приводит к упрощению и удешевлению источника питания. Обратите внимание на желтые кривые внизу диаграмм, они отображают потери мощности в момент выключения транзисторов. Уровень этих потерь на левой диаграмме значительно ниже.

Рис. 4. Формы сигналов во время цикла выключения ключей

Номенклатура транзисторов MDmesh V приведена в таблице 1. Для обеспечения гибкости при проектировании изделия выпускаются в различных стандартных корпусах. Это распространяется почти на все семейства MDmesh V. Например, семейство STx42N65M5 поставляется в пяти различных корпусах, хотя имеет одинаковые значения сопротивления открытого канала и тока стока для всех модификаций: 0,079 Ом и 33 А, соответственно. Красным цветов в таблице помечены серийно выпускаемые устройства. В скором будущем планируется выпуск транзисторов STW77N65M5 с еще более низким сопротивлением открытого канала 0,038 Ом, а также более мощных 93-амперных транзисторов STY112N65M5 в корпусе TO-247 MAX с сопротивлением канала 0,022 Ом.

Заключение

Новая технология производства MOSFET-транзисторов MDmesh V, нацеленная на энергосбережение и повышение плотности мощности устройств питания, позволяет производителям высоковольтных импульсных источников питания с высокими показателями энергоэффективности успешно соответствовать современным требованиям, предъявляемым к такому оборудованию.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка - e-mail: power.vesti@compel.ru