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来自工程师的声音

内置MOSFET的高效率AC/DC转换器IC BM2Pxxx系列

ROHM独有的超级结MOSFET是关键

内置ROHM独有超级结MOSFET的
高效率AC/DC转换器IC BM2Pxxx系列 -其3-

关键词
  • 超级结MOSFET
  • 效率
  • 导通电阻
  • 栅极电荷量
  • 小型化
  • 元件尺寸
  • 开关频率

- 您已经介绍过BM2Pxxx系列对高效率、低功耗、低待机功耗、小型这4个课题的贡献,多次提到“因为内置超级结MOSFET,……”。接下来请您介绍一下超级结MOSFET(以下简称“SJ MOSFET”)。
首先,重新整理一下SJ MOSFET做出贡献的课题。

第一个是效率改善,第二个是小型化

- 那么先从效率开始谈。为什么使用SJ-MOSFET可以改善效率?

先稍微介绍一下SJ MOSFET。传统型号的MOSFET是平面结构,而SJ MOSFET仅仅是结构不同。当然,还有杂质浓度等细小差异。SJ MOSFET因结构不同,导通电阻RDS(ON)(ON)与栅极电荷量Qg显著降低。

SJ MOSFET本身其他公司也有生产,但是ROHM在推进独自开发。此次内置的SJ MOSFET不仅实现了650V的高耐压,还实现了低导通电阻与低栅极电荷,开关速度也非常快。这将大大改善开关即MOSFET的导通损耗与开关损耗。这两方面的损耗少与效率改善密切相关。另外,损耗少的话,发热就会少,因此也与可使用的IC封装种类和尺寸等息息相关。

- 这涉及到第二个课题小型化对吧。

进一步讲,一般MOSFET的导通电阻很大程度地依赖于元件尺寸。这一点平面MOSFET和SJ MOSFET一样。也就是说,要想降低导通电阻,只要增加元件尺寸就可以。话虽如此,然而增大尺寸在如今的背景下却不是可行的处理方法。

前面提到过SJ MOSFET的导通电阻小,准确地说应该是单位面积的导通电阻小,也就是说如果与平面MOSFET面积相同则导通电阻小,或者说如果导通电阻相同则面积会小。按可处理的功率讲,相同面积的话可以处理大功率,相同功率的话则面积–即尺寸更小。这些可根据要求和目的来具体区分使用。

- 也就是说可根据处理的功率选用更小的封装。

是的。ROHM的SJ MOSFET相对元件尺寸的导通电阻非常小,因此就能以采用小型SOP8封装的芯片尺寸,实现4Ω这样非常小的导通电阻。由此,于业界首家以SOP8实现了8W高功率密度。


覆盖到8W的其他公司的IC都是DIP7或者DIP8封装,与到25W的封装一样。一般来说,8W以下的应用多比25W的应用小巧。在功率小的应用中希望采用更小封装的IC是很自然的愿望。SJ MOSFET在满足该需求方面功不可没。

- 但是,AC/DC转换器的其他元器件可能比较大。

关于这点在前面也稍微提到过一些,SJ MOSFET的高速开关性能可发挥作用。

基本上提高开关频率,就能够使用更小值的电感/变压器、输出电容器了。

如果值变小了,那么一般情况物理尺寸也会变小。简单地说,提高开关频率,外置元器件会呈反比变小。实际上DC/DC转换器中,有高达10MHz的高速开关IC,结构极其精小,被作为小型便携设备的电源使用。

- 那么,如果BM2Pxxx系列也能实现兆赫兹级别的开关是不是更好。

确实该系列产品实现了小型化,但如果提高开关速度,效率就会下降。刚才举例提到的DC/DC转换器是处理的功率很小、更重视小型化因而可多少牺牲些效率的应用。也就是大家常说的“权衡”。

效率下降是因为开关损耗。但是内置的SJ MOSFET与其说可以高速开关,倒不如说是因为开关损耗小所以可以高速使用。实现了处理较大功率的同时,维持必要的效率,用适当的开关速度使用小型外置元器件。该IC以65kHz为最合适。

- 照片上的评估板就是由相应尺寸的元器件组成的…

这是称为“BM2P094FEVK-001”的评估板,使用了称为“BM2P094F”的SO-8封装机型。输出为5V/1A,5W。在表面的左中央处安装的SO-8封装就是BM2P094F。实际上,作为通用输入的5W输出产品已经相当小。当然,外置元器件需要数百伏的耐压,因此形成现在的尺寸。拿来和DC/DC转换器相比,稍微有点不合理。

- 关于小型化已经了解得很详细了。关于效率方面,还希望您再稍微具体介绍一下。

是啊!在效率方面,可满足Energy Star标准也是BM2Pxxx系列的特点,后续将结合Energy Star新版标准具体介绍。

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