Электронные компоненты. Дистрибьюция и сервисы с 1993 г
№7 / 2017 / статья 7

Высокоэффективные низковольтные MOSFET семейства OptiMOS 5 – где применять?

Александр Калачев (г. Барнаул)

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 r1_tabl1 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 r2_tabl1 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

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

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

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™

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.

Infineon_CoolMOSP7_NE_07_17

О компании Infineon

Компания Infineon является мировым лидером по производству силовых полупроводниковых компонентов, а также занимает ведущие позиции по производству автомобильной полупроводниковой электроники и смарт-карт.  В 2015 году компания Infineon приобрела компанию International Rectifier, тем самым значительно усилив свои лидирующие позиции в области силовой электроники. Это сочетание открывает новые возможности для клиентов, так как обе компании превосходно дополняют друг друга благодаря высокому уровню ...читать далее

Наличие на складах
Наименование Наличие Цена
IPB048N15N5ATMA1 (INFIN) 8 699 3.6991 $ 217.53 руб. от 136 шт
BSZ097N10NS5 (INFIN) 263 2.5420 $ 149.48 руб. от 100 шт
IPP023N10N5AKSA1 (INFIN) 19 014 3.7012 $ 217.65 руб. от 500 шт
BSC009NE2LS5ATMA1 (INFIN) 6 361 1.3702 $ 80.57 руб. от 1 000 шт
BSZ110N08NS5 (INFIN) 4 400 0.5081 $ 29.88 руб. от 1 000 шт
IPZ40N04S5-3R1 (INFIN) 0
IPB017N10N5ATMA1 (INFIN) 7 526 6.6351 $ 390.18 руб. от 6 шт
PX3517 (INFIN) 0
BSC160N15NS5 (INFIN) 0
BSC040N10NS5 (INFIN) 2 111 2.6629 $ 156.60 руб. от 500 шт