结构大升级 ROHM发布第二代超级结PrestoMOS

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近年来,节能化趋势日益加速,家电产品倾向于采用更接近实际使用情况的能效标识APF,不再仅仅关注功率负载较大的设备启动时和额定条件下的节能,要求负载较小的正常运转时更节能的趋势日益高涨。在这种背景下,ROHM公司开发出PrestoMOS,非常适用于要求低功耗化的空调等白色家电和工业设备等的电机驱动,可大大降低应用正常运转时的功耗,满足了社会的节能需求。2017年7月4日的发布会上,罗姆公司展示了PrestoMOS系列最新的600V产品。

在介绍新品之前,罗姆半导体(上海)有限公司设计中心高级经理水原德健先分析了高压MOSFET的发展概况。据他介绍,高压MOS从构造上分为两种,一种是平面的高压MOSFET,一种是纵向的纵沟槽型高压MOSFET,也就是超级结型MOSFET。超级结MOSFET在是实现了低导通电阻的同时,还进步改善了噪音特性,使这个特性可以与平面型MOS相持平。

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据ROHM数据显示,从2014年开始到2020年,MOSFET整体的需求量没有太大变化的,但平面MOSFET市场越来越变小,超级结MOSFET市场越来越大,预计到2020年超级结MOS将成为主流。

罗姆本次发布的R60xxMNx是第二代产品,它在第一代基础上,降低了导通电阻并提高了开关速度。

水原德健回顾了罗姆的第一代PrestoMOS:它主要是改变了体二极管的trr特性。MOSFET是一个半导体,从ON到OFF的时候会出现一个反向特性,有一个反向的恢复时间和反向的恢复电流。反向的恢复时间乘以反向的恢复电流,这就是开关造成的开关损耗,开关的损耗越小,整体就越节能。罗姆在第一代产品最主要改变了trr的特性,逆变器效率更高。

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第二代PrestoMOS采用了新的纵向沟槽构造:一是把PN结构之间的间距变得更小;二是把N极的电流浓度变得更大。通过改变这新的构造,使产品的导通电阻更低,开关速度更快。水原德健说,“从对比中可以看到,开关速度Qg和原有的第一代产品相比,第二代产品降低了70%,导通电阻降低了40%。在这两个特性之上,体二极管的trr特性降低了20%。可以说,第二代PrestoMOS是个开关损耗、导通损耗和trr损耗都是很小的产品。”

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总体来说,新产品有三大特点:

1.业界最快的trr性能、低Ron、低Qg,有助于应用节能

一般MOSFET具有高速开关和低电流范围的传导损耗低的优点,设备正常运转时可有效降低功耗。“R60xxMNx系列”利用ROHM独有的Lifetime控制技术,不仅保持了业界最快trr性能,而且Ron和Qg更低,非常有助于变频电路的节能。

2.超强短路耐受能力,确保可靠性

通常,一旦发生短路,即具有电路误动作、流过超出设计值的大电流、引起异常发热、甚至元件受损的可能性。一直以来,因性能与短路之间的制约关系,确保超强的短路耐受能力是非常困难的,而“R60xxMNx系列”利用ROHM的模拟技术优势,对热失控的成因---寄生双极晶体管成功地进行了优化,可确保电机驱动所必须的短路耐受能力,有助于提高应用的可靠性。

3.自导通损耗微小

自导通是指MOSFET在关断状态下,高边主开关一旦导通,则低边MOSFET的漏极-源极间电压急剧增加,电压被栅极感应,栅极电压上升,MOSFET误动作。该现象使MOSFET内部产生自身功率损耗。而“R60xxMNx系列”通过优化寄生电容,可将该损耗控制在非常微小的最低范围内。

此次开发的“R60xxMNx系列”通过优化ROHM独有的芯片结构,在保持PrestoMOS“高速trr性能”特征的基础上,还成功地使Ron和Qg显著降低。由此,在变频空调等电机驱动的应用中,轻负载时的功率损耗与以往的IGBT相比,降低约56%,节能效果非常明显。应用领域还包括洗衣机、空调、冰箱等白色家电,工业设备电机驱动、充电站等。

据悉,该系列产品已于2016年12月份开始以月产10万个规模投入量产,前期工序的生产基地为ROHMApolloCo.,Ltd.(日本福冈县),后期工序的生产基地为ROHMSemiconductor(Korea)Co.,Ltd.(韩国)。

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