Les MOSFET à super jonction s'attaquent à l'efficacité dans le monde des hautes performances

Alors que le réseau électrique mondial peine à suivre la croissance de la demande, l'industrie des semi-conducteurs de puissance continue de trouver des moyens innovants de faire plus avec moins. Rohm, Alpha et Omega Semiconductor et Toshiba ont annoncé les dernières pièces de leurs gammes de produits MOSFET de puissance Super Junction (SJ MOSFET) conçues précisément à cet effet.

Si vous avez passé beaucoup de temps avec les MOSFET, vous comprenez bien les difficultés du RDS(on) (résistance entre le drain et la source lorsqu'il est allumé). Un RDS(on) inférieur permet des pertes plus faibles et une accumulation de chaleur réduite avec le courant. Cependant, RDS(on) augmente généralement à mesure que la tension, le flux de courant et la vitesse de commutation augmentent. Les concepteurs de nombreuses classes d'équipements, notamment dans le domaine du contrôle des moteurs et de la puissance, souhaitent utiliser des tensions plus élevées pour réduire le courant à même puissance nominale et améliorer les caractéristiques de bruit des appareils. Un RDS(on) ultérieurement plus élevé va à l’encontre des objectifs d’efficacité.

L'autre principal contributeur à la perte de puissance du MOSFET est le temps de commutation. Lorsqu'il est complètement éteint ou complètement activé, le courant de grille est effectivement nul. Cependant, lors de la commutation, les appareils consomment du courant à travers la porte. Les MOSFET ont une petite quantité de capacité de grille qui affectera le temps de commutation maximum, en consommant du courant lors de la charge ou de la décharge de la capacité de grille. Le temps de commutation dans le circuit est plus ou moins fixe, donc une vitesse d'horloge plus élevée entraînera une consommation de courant de grille pendant un pourcentage de temps plus élevé.

C'est d'ailleurs l'une des raisons pour lesquelles vous ne devez pas laisser flotter une entrée inutilisée d'un périphérique MOSFET. Le bruit sur une grille flottante entraînera des pertes de courant de commutation, même si aucun courant ne traverse la pièce.

Le SJ MOSFET est l'un des moyens par lesquels l'industrie relève les défis du RDS(on) et du temps de commutation. Dans cet article, j'examinerai trois nouveaux MOSFET SJ 600 V de Rohm, Alpha et Omega, et Toshiba.

MOSFET SJ 600 V

ID (Max continu/pulsé)

4 A–9 A

12 A–27 A

50 A/200 A

40 A/160 A

RDS (activé)

510 mΩ – 1 330 mΩ

<50 mΩ

<55 mΩ, maximum

Trr (temps d'inversion)

40 secondes

450 ns

Applications cibles

Rohm a ajouté trois nouveaux modèles à sa gamme de produits PrestoMOS SJ MOSFET. Les appareils Rohm mettent l'accent sur un faible bruit et un temps rapide pour la récupération inverse (Trr) de la diode du corps intégrée. À 40 ns, Rohm revendique le Trr disponible le plus rapide pour un MOSFET de 600 V. Low Trr réduit les pertes de commutation d'environ 30 % et réduit le bruit.

De nombreux appareils qui utilisaient auparavant des moteurs à courant alternatif à tension secteur utilisent désormais des moteurs à courant continu sans balais (BLDC) pour réduire le bruit, réduire la consommation d'énergie et augmenter le contrôle. Cela comprend des appareils tels que des réfrigérateurs, des ventilateurs, des climatiseurs et une variété d’autres petits appareils à moteur à cycle de service moyen. Les versions les plus récentes de ces produits utilisent des onduleurs MOSFET pour créer une alimentation CC haute tension, qui utilise des onduleurs et des pilotes de moteur basés sur MOSFET.

En passant des moteurs à courant alternatif à plein régime/à plein régime, un réfrigérateur, par exemple, peut consommer 20 à 30 % d'électricité en moins pendant sa durée de vie et aura un niveau de bruit audio beaucoup plus faible. C'est ce type d'application que Rohm cible avec la série R60xxRNx.

Les générations précédentes de MOSFET nécessitaient des circuits de réduction de bruit complexes supplémentaires pour fonctionner à des vitesses élevées. Cette génération de SJ MOSFET réduit le besoin de ces circuits en réduisant les caractéristiques de bruit de 40 dB à une vitesse de commutation de 40 MHz, ce qui permet un cycle de conception plus rapide et moins de composants discrets.

Alpha et Omega Semiconductor ont présenté le premier modèle de leur nouvelle gamme de MOSFET SJ 600 V, baptisée αMOS7. L'AOK050V60A7 prend en charge un courant de drain continu de 50 A à 25°C et jusqu'à 200 A de courant de drain pulsé dans un boîtier TO-247.

Alors que les dispositifs Rohm évoqués ci-dessus sont conçus pour des charges de courant inférieures à 10 A pour les moteurs et les variateurs de puissance des moteurs, les MOSFET Alpha et Omega SJ sont des dispositifs à courant plus élevé conçus pour les systèmes d'alimentation critiques tels que les alimentations de serveur en titane, EV chargement et équipement d'onduleur de ferme solaire.