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30V-100V电机MOSFET核心竞争力——两高一低

Robot Vision 来源:电子发烧友网 作者:李宁远 2022-01-18 08:00 次阅读
大至功率变换器,小至内存、CPU等各类电子设备核心元件,哪里都少不了MOSFET的应用。MOSFET作为一种半导体器件,既能够实现电路的通,又能够实现电路的断。而半导体器件需要解决的困难,说到底也不太麻烦,那就是降低损耗以此实现更高效率的电气转换。因此合适的功率器件往往能给整个系统带来更可靠的性能,对于电机系统来说也是如此。

从终端应用中用于驱动的MOSFET来看,最主要的仍是用于电机控制的MOSFET。在此应用里,30V-100V的分立式MOSFET是一个庞大且快速增长的市场,尤其对于很多驱动直流电机的拓扑结构来说。虽然在电机驱动上并没有对MOSFET做硬性的要求,但因为电机的频率往往较低,所以对应用在控制上的MOSFET选择还是会有一些讲究的地方,诸如击穿电压、封装等等。30V-100V这个电压等级的电机MOSFET不管是国内还是国外,不少行业玩家的产品都很有竞争力。

英飞凌 OptiMOS5N沟道MOSFET

欧美系这里挑了英飞凌的OptiMOS 5系列,在电机控制上这个系列应该是很有说服力的。不仅因为这个系列在提高功率密度上做到了导通电阻RDS (on)、品质因数更低,还对同步整流进行了优化使其让适配电机控制。
(图源:英飞凌)

这整个系列在英飞凌给出的导通电阻RDS(on)和品质因数上,比同类产品平均低了大概15%和31%,而且具有快速切换应用程序的功能。这么笼统地看可能没有说服力,所以以IPB026N06N为例看其相关技术参数。

作为OptiMOS 5 60V的N-MOSFET,10V条件下IPB026N06N的导通电阻RDS on最大值仅为2.6mΩ,QG仅为56nC。在这个电压级别的MOSFET中,IPB026N06N的导通电阻RDS on相比同类产品可不仅仅低了15%,而是低了40%。在导通电阻上,英飞凌无疑是最具有优势的。同时基于封装限制支持大电流满足工业应用要求。

不仅是RDS on和QG大大低于其他同类产品,OptiMOS 5系列使用更高的开关频率可以实现更高的功率密度。而其采用的封装也大大提高了系统效率并大幅降低了电压过冲,在提升效率的同时还顺带降低了整个系统的成本。

瑞萨 电机N沟道MOSFET

日系这里选了瑞萨,作为日系半导体后继者的瑞萨在MOSFET商业化上可靠性还是极高的。低导通电阻、低栅极电荷以及大电流是电机驱动MOSFET的基本要求,瑞萨的MOSFET在这些指标上也处于领先水平。
(图源:瑞萨)

瑞萨的N沟道MOSFET器件,除去低导通电阻和高速开关这两个常见的特点,还拥有高于同类产品的鲁棒性和散热能力,能给电机带来高效的驱动和低热量设计。以瑞萨的40V系列为例,在T=25℃时,40V MOSFET能提供ID为100A的大电流,对于工业领域的应用这样的大电流支持是必不可少的。

整个40V系列的导通电阻RDS on在2.3mΩ-2.75mΩ,栅极电荷QG在68nC左右,属于行业领先的低导通电阻和低栅极电荷水平。在封装上瑞萨有更多绝活,WPAK通过主板散热,使小型封装的WPAK也可以达到D-PAK的输出电流同时减小布线电感;LFPAK类似D-PAK,但比D-PAK体积小。在封装下也能看出瑞萨在细节上花的不少功夫。低栅极电荷带了更高的系统效率延长了运行时间,散热技术的领先将散热系统再压缩。

华润微电机N沟道MOSFET

华润微电子的MOSFET产品在国内实力首屈一指,旗下的MOSFET覆盖-100V到1500V的低中高压,这是少有国内企业能做到的。目前华润微电子在12V至300V电压范围内的产品种类居多,是其竞争力很强的应用领域。
(图源:华润微)

在40V的产品系列中,导通电阻的波动范围有点大,10V条件下的最低导通电阻典型值仅为0.9mΩ,最大的典型值15.5mΩ,其对应的栅极电荷分别为87.1nC和15nC。如何取舍栅极电荷与导通电阻就看具体应用了。

这里挑选了一款最低导通电阻0.9mΩ的40V MOSFET CRSM010N04L2为例。CRSM010N04L2就是能支持100A的大电流,仅从这两项指标来说,对标上面两家也没问题。CRSM010N04L2使用了SkyMOS2技术,虽然栅极电荷偏高,但不影响FOM值依然优秀。在先进工艺的加持下,华润微40V系列还拥有较高的抗雪崩击穿能力,尤其是快速开关特性。华润微电子在对成本的控制和对工艺及品控的改进上还是很有优势的。

小结

在30V-100V这个庞大的MOSFET市场里,各厂商竞争不可谓不激烈,都是各有所长难分高下。但话说回来,没有最好的产品只能更好的产品,提高电流能力、提高散热性能和降低导通电阻才是电机MOSFET永远不变的追求。
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