Силовая электроника №1'2004

Полевые транзисторы MOSFET Philips

Владимир Захаров


На сегодняшний день основную часть производимых силовых транзисторов составляют устройства со структурой металл-окисел-полупроводник (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, MOSFET). Полевые транзисторы MOSFET выпускают многие крупные компании, в том числе и Philips Semiconductors.


Компания Philips Semiconductors потратила много средств и усилий на разработку MOSFET полевых транзисторов с малым сопротивлением открытого канала и достигла впечатляющих результатов. Номенклатура и параметры полевых транзисторов MOSFET фирмы Philips соответствуют самым высоким стандартам. Среди большого разнообразия силовых транзисторов Philips заинтересованные инженеры-разработчики могут найти аналоги полевых транзисторов IR, Infineon и STMicroelectronics.

Основные группы полевых транзисторов MOSFET, производимых Philips:

  • PIP3xxx (TOPFET);
  • BUKxxx (TOPFET);
  • TrenchMOS General Purpose Automotive (GPA);
  • TrenchMOS High Performance Automotive (HPA);
  • TrenchPLUS.

Семейство полевых транзисторов PIP3xxx TOPFET

TOPFET (Temperature and Overload Protected Field Effect Transistor) — это низковольтные силовые полевые транзисторы со специализированными функциями защиты в кристалле. Они сочетают преимущества обычных MOSFET (низкое сопротивление открытого канала, логический уровень управления) с дополнительными свойствами: интегрированная защита от опасных состояний и индикация состояния устройства.

Полевые транзисторы PIP3ххх построены по технологии TOPFET и оптимизированы для резистивных и индукционных нагрузок. Эти интеллектуальные ключи рекомендуются для управления лампами, двигателями, соленоидами и элементами отопления. В семейство входит более 20 типов ключей (табл. 1).

Табл.1 Верхние и нижние ключи PIP3xxx
Табл.1 Верхние и нижние ключи PIP3xxx

Серия ключей PIP3xxx имеет широкий набор функций защиты:

  • защита от перегрева;
  • защита от перегрузки по току и от короткого замыкания;
  • защита от бросков напряжения;
  • защита от электростатического разряда (ESD);
  • защита от неправильной полярности питания;
  • отключение ключа при обрыве контакта с землей.
  • Cемейство PIP3XXX состоит из верхних и нижних ключей.

Нижние ключи (PIP31xx)

Нижние ключи предназначены для коммутации «земляного» вывода нагрузки. Нагрузка постоянно подключена к положительной линии питания, а отрицательная линия питания подсоединяется нижним ключом. Входное сопротивление нижнего ключа TOPFET имеет типичное значение 1,7 кОм. Нижние ключи PIP31XX подходят для высокоскоростного переключения (до 20 кГц).

Верхние ключи (PIP32xx)

Верхние ключи TOPFET коммутируют положительную линию питания. Нагрузка постоянно подсоединена к земле и подключается к положительной линии питания верхним ключом.

Встроенная схема сдвига уровня обеспечивает связь между входом земли и выводом MOSFET на положительную линию питания. Внутренняя схема сдвигауровня и схема зарядового насоса не могут поддерживать высокоскоростные переключения, поэтому этот тип ключей работает на частотах от 400 до 500 Гц. Система обозначений ключей PIP3xxx показана на рис. 1.

Рис.1 Система обозначения ключей серии PIP3xxx
Рис.1 Система обозначения ключей серии PIP3xxx

Семейство полевых транзисторов TrenchMOS GPA

Полевые транзисторы семейства GPA (General Purpose Automotive) предназначены для применения в большинстве обычных нагрузок в автомобиле. Они созданы по «канальной» технологии второго поколения Trench2 (trench — канал, траншея), позволяющей достичь размера канала 9 мкм (табл. 2). Устройства выпускаются для всех видов автомобильных напряжений: 30, 40, 55, 75 и 100 В (табл. 3–6). Система обозначений полевых транзисторов GPA TrenchMOS показана на рис. 2.

Рис.2 Система обозначения ключей семейства TrenchMOS GPA, HPA и TrenchPLUS
Рис.2 Система обозначения ключей семейства TrenchMOS GPA, HPA и TrenchPLUS

Семейство полевых транзисторов TrenchMOS HPA

Семейство TrenchMOS HPA (High Performance Automotive) создано по «канальной» технологии третьего поколения Trench3, что позволяет получить типовое сопротивление канала 3,4 мОм (табл. 2). Полосковая структура этой технологии повышает надежность и позволяет уменьшить емкостное сопротивление. Технология оптимизирована для использования в приложениях с большими значениями протекающих токов: электроусилитель рулевого управления, электронная система запуска двигателя.

Представители этой серии полностью соответствуют высоким требованиям автомобилестроения. Устройства выпускаются для всех видов автомобильных напряжений: 30, 40, 55, 75 и 100 В (табл. 8–12). Компоненты соответствуют стандарту автомобильной электроники AEC Q101 (европейский стандарт, описывающий дискретные полупроводники для применения в автомобилестроении).

Так, например, для такого приложения как электроусилитель рулевого управления, Philips предлагает ключ BUK753R1-40B. На первый взгляд он близок по параметрам к ключу IRF2804 (IR), но такое мнение может сложиться только при рассмотрении статических характеристик. При проведении испытаний оказывается, что по динамическим характеристикам BUK753 превосходит своего конкурента IRF2804.

В условиях эксплуатации, близких к реальным, в которых используется автомобиль, BUK753R1-40B показал себя как надежный, устойчивый к перегрузкам ключ для применения в электроусилителе руля. Сопротивление ключа BUK753R1-40B составляет при нормальных условиях от 2,6 до 3,1 мОм.

В ближайшем будущем компания Philips планирует переход на технологию Trench4 (табл. 2). Новый технологический процесс позволит получить силовые транзисторы с типичным сопротивлением канала менее 2,9 мОм. Недавно Philips заявил, что близка к концу разработка ключа с сопротивлением всего 1 мОм. Для тех приложений, где требуется еще более низкое сопротивление канала, чем в ключе BUK753R1-40B, Philips будет готов предложить 1-миллиомный ключ в корпусе TO220.

Табл.2 Технологии производства транзисторов Philips
Табл.2 Технологии производства силовых транзисторов Philips

Система обозначений транзисторов HPA Trench MOS представлена на рис. 2.

Табл.3 Транзисторы семейства GPA 30V
Табл.3 Силовые транзисторы семейства GPA 30V
Табл.4 Транзисторы семейства GPA 40V
Табл.4 Силовые транзисторы семейства GPA 40V
Табл.5 Транзисторы семейства GPA 55V
Табл.5 Силовые транзисторы семейства GPA 55V
Рис. 1 Структура PT IGBT
Рис. 1 Структура PT IGBT

Семейство полевых транзисторов TrenchPLUS

Специально для применения в автомобилестроении компания Philips разработала новое семейство полевых транзисторов TrenchPLUS с дополнительными функциями защиты. Из этого семейства легко выбрать оптимальный вариант транзистора с различным набором функций: защитой от превышения тока и напряжения, датчиком температуры, защитой от электростатического разряда и даже дополнительным выводом датчика тока (табл. 13–16). Система обозначений полевых транзисторов TrenchPLUS представлена на рис. 2.

Табл.13 Транзисторы семейства TrenchPLUS 34V
Табл.13 Транзисторы семейства TrenchPLUS 34V
Табл.13 Силовые транзисторы семейства TrenchPLUS 34V
Табл.14 Транзисторы семейства TrenchPLUS 40V
Табл.14 Транзисторы семейства TrenchPLUS 40V
Табл.14 Силовые транзисторы семейства TrenchPLUS 40V
Табл.15 Транзисторы семейства TrenchPLUS 55V
Табл.15 Транзисторы семейства TrenchPLUS 55V
Табл.15 Силовые транзисторы семейства TrenchPLUS 55V
Табл.16 Транзисторы семейства TrenchPLUS 75V
Табл.16 Транзисторы семейства TrenchPLUS 75V
Табл.16 Силовые транзисторы семейства TrenchPLUS 75V

Семейство полевых транзисторов BUKxxx

Полевые транзисторы семейства BUKxxx (TOPFET— 50 V protected MOSFET) выпускаются по той же технологии TOPFET, что и рассмотренные нами в начале статьи PIP3xxx. Но их основное отличие в том, что они специально разработаны для применения в автомобилях и соответствуют европейскому стандарту автомобильной электроники AEC Q101.

Верхние и нижние ключи представлены в таблицах 17–21.

Табл.21 Счетверенные верхние ключи семейства BUK2xx

Потенциальные преимущества новых кристаллов не будут раскрыты в полной мере при отсутствии прогресса в разработке соответствующих корпусов.

Увеличение токов вызывает необходимость в новых корпусах, способных выдержать подобные нагрузки. В то же время конструктивные наработки и опыт работы с существующим корпусом приводит к дилемме — выбрать новый корпус и переделать конструкцию или найти другое решение. Компания Philips нашла это решение, разработав усовершенствованные корпуса под те же самые посадочные места. Размеры самих корпусов не изменились. Корпуса TO-220/D2PAK были рассчитаны на ток 75 А при площади полупроводникового кристалла 25 мм2. Новые корпуса SOT696 и SOT426(5) (рис. 3) позволяют при тех же условиях выдерживать ток до 150 А. SOT696 — новая версия корпуса TO-220 (SOT78). SOT426(5) — новая версия корпуса D2PAK.

Рис.3 Новое поколение корпусов, рассчитанных на протекание токов до 150 А
Рис.3 Новое поколение корпусов, рассчитанных на протекание токов до 150 А

Образцы силовых транзисторов в этом корпусе доступны уже сейчас. К примеру, транзистор BUK7107-40ATC выпускается в корпусе SOT426, характеризуется сопротивлением открытого канала 5,8 мОм, имеет встроенную защиту от превышения напряжения, от электростатического разряда и от перегрева.

Комбинация произведенных по технологии Trench3 полевых транзисторов и новых корпусов дает разработчикам новые возможности для создания высокоэффективных и конкурентоспособных устройств в автомобилестроении, медицине и энергетике.

*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2004_01_8.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо