초접합 MOSFET, 초고성능 환경에서 효율성 문제 해결

세계의 전력망이 수요 증가를 따라가기 위해 고군분투하고 있는 가운데, 전력 반도체 산업은 더 적은 자원으로 더 많은 성과를 낼 수 있는 혁신적인 방법을 계속해서 찾고 있습니다. Rohm, Alpha and Omega Semiconductor, Toshiba는 이러한 목적으로 설계된 슈퍼 접합 전력 MOSFET(SJ MOSFET) 제품군의 최신 부품을 발표했습니다.

MOSFET에 대해 많은 시간을 보냈다면 RDS(on)(켜진 동안 드레인과 소스 사이의 저항)의 문제를 잘 이해하고 있을 것입니다. RDS(on)이 낮을수록 손실이 줄어들고 전류에 따른 열 축적이 줄어듭니다. 그러나 RDS(on)은 일반적으로 전압, 전류 흐름, 스위칭 속도가 증가함에 따라 증가합니다. 다양한 종류의 장비 설계자, 특히 모터 및 전력 제어 분야에서는 더 높은 전압을 사용하여 동일한 전력 정격에서 전류를 줄이고 장치 잡음 특성을 개선하기를 원합니다. 이후에 더 높은 RDS(on)은 효율성 목표에 어긋납니다.

MOSFET 전력 손실의 또 다른 주요 원인은 스위칭 시간입니다. 완전히 꺼지거나 완전히 켜진 경우 게이트 전류는 사실상 0입니다. 그러나 스위칭하는 동안 장치는 게이트를 통해 전류를 끌어옵니다. MOSFET에는 최대 스위칭 시간에 영향을 미치는 소량의 게이트 정전용량이 있어 게이트 정전용량을 충전하거나 방전하는 동안 전류를 끌어옵니다. 회로의 스위칭 시간은 어느 정도 고정되어 있으므로 클록 속도가 높을수록 게이트 전류가 더 높은 시간 비율로 소모됩니다.

그런데 이것이 MOSFET 장치의 사용되지 않은 입력을 플로팅해서는 안 되는 이유 중 하나입니다. 플로팅 게이트의 노이즈는 부품을 통과하는 전류가 없더라도 스위칭 전류 손실로 이어집니다.

SJ MOSFET은 업계에서 RDS(on) 및 스위칭 시간 문제를 해결하는 방법 중 하나입니다. 이 기사에서는 Rohm, Alpha and Omega, Toshiba의 세 가지 새로운 600V SJ MOSFET을 살펴보겠습니다.

600V SJ MOSFET

ID(최대 연속/펄스)

4A~9A

12A~27A

50A/200A

40A/160A

RDS(켜짐)

510mΩ~1,330mΩ

<50mΩ

<55mΩ, 최대

Trr(역전 시간)

40ns

450ns

대상 응용 프로그램

Rohm은 PrestoMOS SJ MOSFET 제품 라인에 세 가지 새로운 모델을 추가했습니다. Rohm 장치는 내장형 바디 다이오드의 역회복(Trr)에 대한 저잡음과 빠른 시간을 강조합니다. Rohm은 40ns에서 600V MOSFET에 대해 가장 빠른 Trr을 제공한다고 주장합니다. 낮은 Trr은 스위칭 손실을 약 30% 줄이고 소음을 낮게 유지합니다.

과거에 라인 전압 AC 모터를 사용했던 많은 장치는 이제 소음을 낮추고 전력 소비를 줄이며 제어력을 높이기 위해 BLDC(브러시리스 DC) 모터를 사용합니다. 여기에는 냉장고, 환기팬, 에어컨 및 기타 다양한 중간 듀티 사이클 소형 모터 장치와 같은 가전제품이 포함됩니다. 이러한 제품의 최신 버전은 MOSFET 전력 인버터를 사용하여 MOSFET 기반 전력 인버터 및 모터 드라이버를 사용하는 고전압 DC 전력을 생성합니다.

예를 들어 냉장고는 완전 켜짐/완전 꺼짐 AC 모터에서 전환함으로써 평생 전기를 20~30% 적게 사용할 수 있으며 오디오 소음 수준도 훨씬 더 조용해집니다. 이러한 유형의 애플리케이션은 Rohm이 R60xxRNx 시리즈를 통해 목표로 삼고 있는 것입니다.

이전 세대의 MOSFET은 고속으로 작동하려면 추가적인 복잡한 잡음 감소 회로가 필요했습니다. 이 세대의 SJ MOSFET은 40MHz 스위칭 속도에서 잡음 특성을 40dB 떨어뜨려 해당 회로의 필요성을 줄여 설계 주기를 단축하고 개별 부품 수를 줄였습니다.

Alpha and Omega Semiconductor는 αMOS7이라는 새로운 600V SJ MOSFET 라인의 첫 번째 모델을 출시했습니다. AOK050V60A7은 TO-247 패키지에서 25°C에서 50A의 연속 드레인 전류와 최대 200A의 펄스 드레인 전류를 지원합니다.

위에서 설명한 Rohm 장치는 모터 및 모터 전력 인버터의 10A 미만 전류 부하용으로 설계된 반면 Alpha 및 Omega SJ MOSFET은 티타늄 등급 서버 전원 공급 장치, EV와 같은 미션 크리티컬 전력 시스템용으로 설계된 고전류 장치입니다. 충전 및 태양광 발전 인버터 장비.