Высокоэффективные низковольтные MOSFET семейства OptiMOS 5 – где применять?
1 сентября 2017
В пятом номере «Новостей электроники» мы писали о выборе транзистора из линейки OptiMOS™ производства Infineon для синхронных импульсных преобразователей, исходя из оптимального соотношения потерь проводимости и переключения. Если добавить к этому требование минимизации площади, занимаемой транзистором на печатной плате, и сокращения энергетических потерь – следует обратить внимание на новую серию OptiMOS™ 5.
Не так давно компания Infineon представила новые семейства полевых транзисторов OptiMOS™ и StrongIRFET™, явившиеся результатом цепочки улучшений, направленных на повышение эффективности, уменьшение рассеиваемой мощности и снижение себестоимости. Данные семейства транзисторов ориентированы на работу в таких устройствах, как импульсные блоки питания, управление двигателями, инверторные схемы, источники питания для вычислительной техники.
Силовые транзисторы OptiMOS™ отличаются малым сопротивлением канала (RDSon) и малой емкостью «затвор-исток», что позволяет применять их в высокочастотных приложениях.
StrongIRFET™ ориентированы на промышленный рынок, являются более низкочастотными, но рассчитаны на повышенную токовую нагрузку при сохранении управляющих напряжений совместимых с логическими уровнями (например, 3,3 В логика).
Основные особенности семейств OptiMOS™ и StrongIRFET™ показаны в таблице 1.
Таблица 1. Отличительные особенности семейств OptiMOS™ и StrongIRFET™
Отличительные особенности семейства OptiMOS™ | ||
Разработаны для высокопроизводительных приложений | Предназначены для замены Trench Power MOSFET | Лучшие в своем классе и по соотношению «цена-производительность» |
Идеальны для высокочастотного переключения | ![]() |
Лучший показатель FOM в индустрии |
Сверхнизкое RDS(on) | Линейка 20…300 В | Высокий КПД и плотность мощности |
Отличительные особенности семейства StrongIRFET™ | ||
Разработаны для промышленных приложений | Предназначены для замены планарных Power MOSFET | Порядок цен – стандартный для Trench MOSFET |
Идеальны для низкочастотного переключения | ![]() |
Возможность работы с высокими токами |
Низкое RDS(on) | Доступен пороговый уровень логического напряжения 3,0 В | Улучшенная технология производства |
Новинка в семействе OptiMOS™ – OptiMOS™ 5
Последнее расширение семейства OptiMOS™ – OptiMOS™ 5 – повысило разнообразие доступных типов корпусов. Ключевая идея – сохранение высокой нагрузочной способности и эффективное рассеяние лишнего тепла при экономии пространства на печатной плате.
Основные типы корпусов в OptiMOS™ 5:
- PQFN 2 x 2 – для систем, критичных к размерам, позволяет сохранить высокую частоту переключений при максимальной компактности;
- TO-247 – оптимизирован для приложений, работающих с большими токами нагрузки;
- DirectFET™ – для задач, связанных с большими рабочими токами и высокой рабочей частотой – снижена паразитная индуктивность корпуса и выводов;
- TO-Leadless – данный тип корпуса сконструирован для работы с большими токами в таких приложениях с повышенными требованиями к надежности, как автопогрузчики, электромобили, телекоммуникационное оборудование.
Ключевой особенностью корпусов TO-Leadless является способность выдерживать токи до 300 А. При этом по сравнению с 7-пиновым корпусом D2PAK корпус TO-Leadless занимает примерно на 30% меньше площади и примерно вдвое ниже по высоте, что особенно выгодно в устройствах типа blade-серверов (рисунок 1).

Рис. 1. Сравнение размеров корпусов D2PAK и TO-Leadless
Площадь контакта выводов корпусов TO-Leadless на 50% больше, что улучшает рабочие характеристики схемы при высоких уровнях токов или повышенной температуре.
За счет трапециевидных выемок на выводах TO-Leadless упрощается процедура оптического контроля качества пайки, так как место пайки и наличие припоя и контакта становится заметным (рисунок 2).
Серия транзисторов OptiMOS™ Linear FET сочетает в себе низкое сопротивление канала в открытом состоянии и ограничение протекающего тока в режиме насыщения. Это позволяет избежать разрушительных последствий при коротких замыканиях нагрузки (рисунок 3).

Рис. 2. Особенности выводов корпусов TO-Leadless
Высокоэффективные и бюджетные серии OptiMOS™ 5 на напряжения 25 и 30 В выпускаются в стандартных для индустрии DC/DC-преобразователей корпусах SuperSO8 и S3O8 (таблица 2). Данная серия ориентирована в первую очередь на рынок импульсных стабилизаторов для компьютерной техники, включая персональные компьютеры, серверные станции, центры обработки данных.
Приборы серии OptiMOS™ 5 Power Block представляют собой пару транзисторов в конфигурации синхронного преобразователя и заменяют два дискретных транзистора в корпусе SO8 или SuperSO8. Большой по площади вывод PGND, к которому подключены истоки транзисторов, существенно увеличивает отвод тепла в печатную плату (уменьшает тепловое сопротивление). Такое решение также упрощает топологию печатной платы изделия и уменьшает уровень генерируемых электрических шумов.
Таблица 2. Состав серии OptiMOS™ 5 на напряжения 25 и 30 В
RDS(jn) max@ VGS = 10 В, мОм | SuperSO8, 25 В | S3O8, 25 В | SuperSO8, 30 В | S3O8, 30 В |
< 2 | BSC009NE2LS5 RDS(on) = 0,9 мОм |
BSZ013NE2LS5l RDS(on) = 1,3 мОм |
BSC0500NSI RDS(on) = 1,3 мОм |
BSZ0500NSI RDS(on) = 1,55 мОм |
BSC009NE2LS5l RDS(on) = 0,95 мОм |
BSZ014NE2LS5lF RDS(ON) = 1,45 мОм |
BSC0501NSI RDS(on) = 1,9 мОм |
– | |
BSC015NE2LS5l RDS(on) = 1,5 мОм |
BSZ017NE2LS5l RDS(on) = 1,7 мОм |
– | – | |
2…4,4 | BSC026NE2LS5 RDS(on) = 2,6 мОм |
BSZ031NE2LS5 RDS(on) = 3,1 мОм |
BSC0502NSI RDS(on) = 2,4 мОм |
BSZ0501NSI RDS(on) = 2,0 мОм |
– | BSZ033NE2LS5 RDS(on) = 3,3 мОм |
BSC0503NSI RDS(on) = 3,2 мОм |
BSZ0502NSI RDS(on) = 2,8 мОм |
|
– | – | BSC0504NSI RDS(on) = 3,7 мОм |
BSZ0503NSI RDS(on) = 3,4 мОм |
|
– | – | – | BSZ0506NS RDS(on) = 4,4 мОм |
Совместно с семейством контроллеров импульсных источников питания (OptiMOS™ Driver – PX3519, PX3517) OptiMOS™ 5 Power Block позволяет реализовать низковольтные DC/DC-преобразователи с выходными токами до 50 А и КПД до 95%. Данная связка также позволяет оптимизировать решения за счет увеличения рабочей частоты и плотности энергии, а также сокращения списка элементов (BOM).

Рис. 3. Сравнение безопасных зон работы для серий OptiMOS™ 5 и OptiMOS™ Linear FET
Серия OptiMOS™ 5 40 V в миниатюрном корпусе S3O8 (всего 3х3 мм) ориентирована прежде всего на применение в системах управления безщеточными двигателями постоянного тока и в H-мостах (таблица 3).
Выигрыш в габаритных размерах по сравнению с более традиционными корпусами DPAK составляет более 80% по площади на печатной плате и 50% по высоте.
Таблица 3. Состав серии OptiMOS™ 5 на напряжение 40 В
Наименование | Параметры | Код для заказа |
IPZ40N04S5L-2R8 | 40 В; логический уровень 2,8 мОм | SP001152004 |
IPZ40N04S5-3R1 | 40 В; стандартный уровень (40 В) 3,1 мОм | SP001152006 |
IPZ40N04S5L-4R8 | 40 В; логический уровень 4,8 мОм | SP001154302 |
IPZ40N04S5-5R4 | 40 В; стандартный уровень 5,4 мОм | SP001153440 |
IPZ40N04S5L-7R4 | 40 В; логический уровень 7,4 мОм | SP001153436 |
IPZ40N04S5-8R4 | 40 В; стандартный уровень 8,4 мОм | SP001153438 |
В семейство OptiMOS™ 5 Power MOSFETs входят также серии MOSFET с рабочими напряжениями до 60/80/100 В и логическими уровнями управления (5 В логика). Даже для серий на 100 В при управляющем напряжении на затворе 5 В сопротивление канала составляет менее 20 мОм (таблица 4).
Таблица 4. Представители семейства OptiMOS™ 5 Power MOSFET с сопротивлением канала менее 20 мОм
Наименование | Корпус | Класс вольтажа, В | RDS(on) макс. при VGS = 10 В, мОм | RDS(on) макс. при VGS = 4,5 В, мОм |
BSZ040N06LS5 | PQFN 3,3 x 3,3 | 60 | 4,0 | 5,6 |
BSZ065N06LS5 | 6,5 | 9,4 | ||
BSZ099N06LS5 | 9,9 | 14,0 | ||
BSZ070N08LS5 | 80 | 7,0 | 9,4 | |
BSZ096N10LS5 | 100 | 9,6 | 13,5 | |
BSZ146N10LS5 | 14,6 | 20,8 |
Для синхронных выпрямителей в источниках питания телекоммуникационных устройств, сетевых адаптерах, низковольтных двигателях постоянного тока, инверторах солнечных батарей подходят серии транзисторов на 80 и 100 В, тем более что в семействе OptiMOS™ 5 Power MOSFETs они представлены в семи различных корпусах (таблица 5).
Таблица 5. Состав семейства OptiMOS™ 5 Power MOSFET на напряжения 80 и 100 В
RDS(on) макс. при VGS = 10 В |
SuperSO8 | S3O8 | TO-Leadless | TO-220 | TO-220 FullPAK | D2PAK | D2PAK 7 pin | |
80 В | 11…4 мОм | BSC026N08NS5 | – | IPT012N08N5 | IPP020N08N5 | – | IPB017N08N5 | IPB015N08N5 |
BSC030N08NS5 | – | – | IPP023N08N5 | – | IPB020N08N5 | – | ||
BSC037N08NS5 | – | – | IPP027N08N5 | – | IPB024N08N5 | – | ||
BSC040N08NS5 | – | – | IPP034N08N5 | – | IPB031N08N5 | – | ||
4…8 мОм | BSC052N08NS5 | BSZ075N08NS5 | – | IPP052N08N5 | – | IPB049N08N5 | – | |
BSC061N08NS5 | – | – | – | – | – | – | ||
BSC072N08NS5 | – | – | – | – | – | – | ||
8…12 мОм | BSC117N08NS5 | BSZ084N08NS5 | – | – | – | – | – | |
– | BSZ110N08NS5 | – | – | – | – | – | ||
100 В | 1…4 мОм | BSC035N10NS5 | – | IPT015N10N5 | IPP023N10N5 | – | IPB020N10N5 | IPB017N10N5 |
– | – | – | IPP030N10N5 | – | IPB027N10N5 | – | ||
4…8 мОМ | BSC040N10NS5 | – | – | – | – | – | – | |
BSC070N10NS5 | – | – | – | – | – | – | ||
8…10 мОм | BSC098N10NS5 | BSZ097N10NS5 | – | IPP083N10N5 | IPA083N10N5 | – | – |
Самыми высоковольтными сериями в OptiMOS™ 5 являются серии с рабочими напряжениями до 150 В. Как и в случае в транзисторами на 80/100 В, они представлены в нескольких вариантах корпусных решений (таблица 6).
Таблица 6. Состав семейства OptiMOS™ 5 на напряжение 150 В
RDS(on) макс. при VGS = 10 В, мОм |
TO-263 D2PAK | TO-263 D2PAK 7pin | TO-262 I2PAK | TO-220 | PQFN 3,3 x 3,3 | SuperS08 PQFN 5 x 6 |
4,0…5,1 | IPB048N15N5 RDS(on) = 4,8 мОм |
IPB044N15N5 RDS(on) = 4,4 мОм |
IPI051N15N5 RDS(on) = 5,1 мОм |
IPP051N15N5 RDS(on) = 5,1 мОм |
– | – |
5,2…11,0 | IPB073N15N5 RDS(on) = 7,3 мОм |
– | IPI076N15N5 RDS(on) = 7,6 мОм |
IPP076N15N5 RDS(on) = 7,6 мОм |
– | BSC093N15NS5 RDS(on) = 9,3 мОм |
– | – | BSC110N15NS5 RDS(on) = 11,0 мОм |
||||
> 11,0 | – | – | – | – | BSZ300N15NS5 RDS(on) = 30,0 мОм |
BSC160N15NS5 RDS(on) = 16,0 мОм |

Рис. 4. Состав наименования транзисторов семейства OptiMOS™
Система наименования изделий в семействе OptiMOS включает девять полей (рисунок 4):
- тип корпуса – первые три буквы;
- сопротивление канала в открытом состоянии в мОм (умноженное на 10) – три цифры, например 014 – 1,4 мОм;
- тип канала – один символ – N/P/C;
- максимальное рабочее напряжение в вольтах (деленное на 10) – две цифры;
- уровень управляющего напряжения – буквенный код;
- опции, специфичные для данного типа корпуса;
- поколение технологии;
- отличительные особенности серии – для автомобильного применения/высокочастотные/встроенный резистор на затворе/защита от статики/ и др;
- символ соответствия требованиям RoHS.
Заключение
Новые транзисторы семейства OptiMOS благодаря целому ряду улучшений позволяют сократить потери энергии примерно на 30%. Это достигнуто благодаря появлению корпусов с более эффективным теплоотводом и снижению сопротивления канала во включенном состоянии.
Наши информационные каналы