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600V超接合面MOSFET PrestoMOS系列具有快速反向恢复时间
 

【作者: ROHM】2019年03月21日 星期四

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据了解,在全球的功率需求中,近50%用於马达驱动,随着生活家电在新兴国家的普及,马达驱动带来的功率消耗量预计会逐年增加。一般来说,包括空调和冰箱在内,生活家电多使用变频电路进行马达驱动,而变频电路的开关元件通常会使用IGBT。



图一 : (图左)应用装置优势比较/(图右)节能空调轻载时INVERTER功率损耗比较
图一 : (图左)应用装置优势比较/(图右)节能空调轻载时INVERTER功率损耗比较

然而,近年来在节能性能需求高涨的大趋势下,可有效降低装置稳定运行时功耗的MOSFET正在逐步取代IGBT。在这种背景下,ROHM於2012年成为第一家开始量产以最快反向恢复特性为特点的功率MOSFET PrestoMOS,且由於该系列产品可大大降低应用的功耗,因此受到市场的高度好评。


ROHM推出600V耐压超接合面MOSFET「PrestoMOS」系列产品,在保持最快反向恢复时间的同时, 提高设计灵活度,非常适用於空调、冰箱等生活家电及工控装置(充电桩等)的马达驱动以及EV充电桩。



图二 :  ROHM 600V超接合面MOSFET PrestoMOS全新R60xxJNx系列
图二 : ROHM 600V超接合面MOSFET PrestoMOS全新R60xxJNx系列

此次研发的新系列产品与传统产品同样利用了ROHM独有的LifeTime控制技术,实现了最快的反向恢复时间(trr)。与IGBT相比,轻负载时的功耗成功减少了 58%左右。


另外,透过提高导通MOSFET所需要的电压基准,可以避免发生造成损耗增加原因之一的误开启(Self Turn-on)现象。不仅如此,还透过最隹化内建二极体的 特性,改善了超接合面MOSFET特有的软恢复指数,可减少引发误动作的杂讯干扰。透过减少这些阻碍使用者实行最隹化电路时的障碍,以提高设计灵活度。


什麽是PrestoMOS


图三 : 高速trr规格600V SJ-MOSFET的性能比较
图三 : 高速trr规格600V SJ-MOSFET的性能比较

Presto表示「极快」,是源自於义大利语的音乐术语。通常MOSFET具有快速开关以及在低电流范围的低导通损耗的优势。例如,用於空调的情况下,非常有助於稳定运转时实现低功耗。 PrestoMOS正是在低电流范围实现低功耗、以最快的反向恢复时间(trr)为特点的ROHM独创的功率MOSFET。


提高设计灵活度的关键

开关速度的高速化与误开启现象、杂讯干扰是相悖的,使用者在电路设计时需要透过调整闸极电阻来进行最隹化。与一般的MOSFET相比,ROHM的 R60xxJNx系列已经采取了针对误开启现象以及杂讯的对策,有助於提高设计灵活度。


1.避免增加损耗的误开启对策


图四 :  本系列产品扩大了用户透过闸极电阻来进行损耗调节的范围。
图四 : 本系列产品扩大了用户透过闸极电阻来进行损耗调节的范围。

本系列产品透过最隹化MOSFET结构上存在的寄生电容,将开关时的额外闸极电压降低了20%。另外,使MOSFET导通所需的??值电压(Vth)增加了约1.5倍,是「不易产生误开启现象的设计」。因此,扩大了用户透过闸极电阻来进行损耗调节的范围。


2.改善恢复特性,减少杂讯干扰


图五 : 恢复波形比较
图五 : 恢复波形比较

一般来说,超接合面MOSFET的内建二极体的恢复特性为硬恢复。 然而,ROHM的R60xxJNx系列,透过最隹化结构,与传统产品相比,新产品的软恢复指数改善了30%,不仅保持了最快的反向恢复时间(trr),还成功减少了杂讯干扰。因此,用户可更轻易地透过闸极电阻来调节杂讯干扰。


名词解释

[1] trr : 反向恢复时间(Reverse Recovery Time)开关二极体从导通状态到完全关断状态所需的时间。


[2] 误开启现象: 对MOSFET外加急剧的电压时,会产生额外的闸极电压,超过产品特定的??值而使MOSFET误导通的现象。此时产生的不必要的导通时间会直接导致损耗增加。一般多发於逆变电路等桥式电路,通常需要采取增加外接零件等对策。



图六 :  SJ-MOS的恢复波形示意图。
图六 : SJ-MOS的恢复波形示意图。

[3]软恢复指数:通常,二极体存在反向恢复时间(trr)短但容易产生杂讯的硬恢 复,和不容易产生杂讯但反向恢复时间(trr)长的软恢复两种复原模式,尤其在超接合面MOSFET内建的二极体,其使用硬恢复的特性较为显着。图中的ta÷tb是用来表示软恢复性能的指数。


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