应对高电流的挑战

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  最新的MOSFET技术适用于新型汽车动力系统,能够承受更高的电流负载,
  同时保持单位面积的低RDS(on)和低热阻值。
  
  汽车电子领域新出现的动力系统,如:线性电动助力转向系统以及集成启动器交流发动机等揭示了传统MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)在电流负载方面的局限性——设计师们被要求将电流较低的器件进行并联,或者必须采用价格昂贵的模块式“芯片和线”的解决方案。
  目前最新的MOSFET技术已突破了这些限制,在其作用下,电子器件的导通电阻 RDS(on)降幅之大以至包电阻成为了RDS(on)中最重要的组成部分,另外,高电流的应用(例如EPS和 ISA)意味着在一个较小的冲模里面存在极高的功率密度。由di/dt以及电感产生的反复瞬间高压在这样的系统中也极为常见,这些情况使器件进入了一种反复出现的极限状态。这意味着MOSFET必须变得更为“结实”,以便充分满足动力系统的要求,并且满足质量标准方面的高要求,例如Q101。
  国际整流器公司(IR)采用具有先进拓扑功能(采用平面的沟渠式技术)的MOSFET有着极高的适应性,适合如今动力应用方面的高要求,但动力系统设计师必须特别注意器件的单脉冲和反复极限能量的大小,以免超过最大额定接合温度。图中比较了单脉冲极限能量以及无数技术中所应用的RDS(on),显示了最新的沟渠式技术是如何相当于之前的 Eas中的平面技术的性能的,它同时也提供了更低的RDS(on)。
  


  图1:极限能量以及各种MOSFET技术的RDS(on)
  
  IR运用最新的动力沟渠技术(Gen 10.2)为高负荷和高电流动力应用创造了3种符合Q101标准的新器件:IRF3805S-7P 和IRF1405ZS-7P的额定电压为55V,连续电流额定分别为160A 和 120A;IRF2804S-7P的额定连续电流为40V和160A,特别针对EPS的应用。55V伏的器件增加了特定电路的安全度及负载拓扑,更高的电压峰值可以应对电池线上的负载突降瞬时现象,或者由带有较强感应性质负载引起的瞬时现象,因此,这个产品家族非常适合用在诸如EPS和 14V ISAs的系统以及先进的交流发电机和直流电池控制系统中。
  这些新器件中的单脉冲和承受反复极限的能力非常出色,其最大反复极限能量(Ear) 的特点表现在数据表上,并能保证最大的接合温度为175℃。
  这些新器件的功能增进了标准 D2Pak包。目前低RDS(on) 的硅已经很常见了,其横截面的变化可以将标准三引线D2Pak的额定电流限制在 75~100A,具体可根据供应商要求的规格而定。
  IR的新D2Pak包通过将一个标准的增加了 D2Pak覆盖区的引线数量增加到7条,从而提高了电流的负载能力。电流由5条并联的引线传输,而不是一条,这就减少了板层面的引线温度,又增强了焊接接头的可靠性,并将一个标准三引线包的电流处理能力增加了一倍。这个大的引线框T型杆使引线接合区域最大化,使冲模自由包电阻RDS(on),进一步减小到了1.6mΩ。IRF3805S-7P和 IRF1405S-7P可以分别达到 2.6mΩ和 4.9mΩ的最大RDS(on),但前提是在同样的条件下。
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