用于12/48V DC/DC转换的正确封装

我在“功率MOSFET – 48V系统中的重要组件 ”中简单介绍了功率MOSFET的功能以及它们如何适用于汽车应用，例如48伏起动发电机的电机控制。 在本系列的最后一章中，我将讲解最新MOSFET封装解决方案的优点，以及为何应将它们作为大部分汽车系统的首选方案。 此外，我们还将深入探讨其中一种重要的48伏系统，即48 V DC/DC转换器，并快速浏览其基本功能和功率半导体内容。

功率MOSFET封装 – 铜夹封装的优点

功率MOSFET封装向来尺寸较大，因为这提供了更好的散热和性能，提高了器件整体安全性和可靠性。 TO-220、TO-247、I²PAK、DPAK和D²PAK等传统封装已经使用多年，鉴于其成本和众所周知的特性，一些供应商仍在采用这些封装。

但是，随着汽车电子系统变得越来越先进，功率MOSFET器件也必须变得更加高效。 因此，采用铜夹粘合技术的封装悄然问世，取代了焊线技术用于MOSFET端子连接。 铜夹技术具有诸多优点，包括更低的器件总电阻、更高的功率密度和更好的开关性能。

LFPAK就是此类封装设计的一种，自2003年推出以来在许多汽车应用中得到了广泛认可。 LFPAK的主要优点是在热性能要求苛刻的环境中具有更高性能，在此类环境中，器件电路板的可靠性至关重要。 另一关键技术因素是器件的引脚更短，可大幅度降低电感和封装电阻。 相较于其他封装，例如使用微引脚代替引脚的功率四侧扁平无引脚(PQFN)封装，外露引脚还有助于更好地处理应力。

图1显示了LFPAK相较于传统焊线DPAK的封装尺寸改进。 据估计，5 mm x 6 mm LFPAK（或LFPAK56）还不到DPAK总尺寸的一半，却可提供更低的封装电阻和更高的功率密度。

提高夹合LFPAK的封装尺寸

LFPAK系列产品

在最初推出LFPAK56之后，因其日益普及，陆续又推出了不同的LFPAK变体，以满足各种应用需求。 图2显示了当前的LFPAK系列产品。 该系列的一端是较低功率的产品，例如LFPAK56D （双通道 - 一个封装中有二个晶体管）和LFPAK33 (3 x 3 mm)封装。 两者均可大幅缩小封装尺寸并提高功率密度。 在另一端有该系列产品最新添加的成员LFPAK88 (8 x 8 mm)，尺寸为64 mm²。 此封装将在2019年初发布，旨在满足高功率12伏应用不断增长的需求，当然也将满足重要的48伏应用需求，包括48伏DC/DC转换器。

LFPAK系列（LFPAK88计划于2019年发布）

48伏DC/DC转换器

12至48 V DC/DC转换器在48伏汽车系统中发挥着重要的作用。 顾名思义，它将电压电平从48伏总线转换到12伏总线，反之亦然。 转换器旨在提高系统效率并提供稳定的电源，即使在启停过程中关闭发动机或车辆滑行时也是如此。

图3总结了两种电压电平之间的转换器功能。 在48伏轻度混合的情况下，只要皮带起动发电机(BSG)将能量恢复为48伏电池，转换器就能将该功率传输到12伏负载。 如前所述，转换器也可以从12伏电池传输功率，以起动发动机，并在高速公路上滑行期间支持驾驶功能。

48V 直流/直流转换器框图

*诸如电动助力转向(EPS)等一些应用最初将保持在12 V总线上

从功率半导体的角度来看48伏DC/DC转换器，转换器需要复杂的MOSFET电路进行短路保护、相位切换和12伏反向电池保护。 图4突出显示了这些主要区域和相应的MOSFET电压要求。 此外，MOSFET开关需要具有非常低的电阻(RDS（开启）< 1 mΩ)，以降低损耗，并能够消散大量产生的热量。

48V 直流/直流转换器功能块

在封装解决方案中使用铜夹封装技术可以满足这些需求，例如LFPAK88，对于40伏的器件可达到低至0.7 mΩ的电阻。 此外，该8 mm x 8 mm LFPAK可耐受约325安的连续电流。

总而言之，48伏DC/DC转换器等系统需要大量高效且实用的电子元件。 值得注意的是，除了MOSFET，二极管和逻辑门等器件也在整个系统中发挥着重要的作用。

未来发展趋势

在本博客系列中，我重点介绍了车辆电气化这个不断发展的话题，以及它如何影响汽车和功率半导体行业。 深入探讨一些48伏系统并理解其工作原理和具体要求很有必要。 毫无疑问，48伏系统将成为汽车行业的新主流。 它支持将车辆动能恢复为48伏电池，可让内燃机汽车变得更加高效。

长远来看，48伏系统也可以应用于其他形式的电气化车辆，如完全混合动力汽车、插电式混合动力汽车和纯电动汽车。 从功率半导体的角度来看，更具体地说是MOSFET，市场对更好、更高效的MOSFET的需求将持续存在。 因此，制造商需要不断创新，并确保跟上最新的技术趋势。 也正因如此，LFPAK等封装将在提升系统效率和安全性方面发挥重要的作用。