Высокоэффективные низковольтные MOSFET семейства OptiMOS 5 – где применять?

InfineonВ пятом номере «Новостей электроники» мы писали о выборе транзистора из линейки OptiMOS™ производства Infineon для синхронных импульсных преобразователей, исходя из оптимального соотношения потерь проводимости и переключения. Если добавить к этому требование минимизации площади, занимаемой транзистором на печатной плате, и сокращения энергетических потерь – следует обратить внимание на новую серию OptiMOS™ 5.

Не так давно компания Infineon представила новые семейства полевых транзисторов OptiMOS™ и StrongIRFET™, явившиеся результатом цепочки улучшений, направленных на повышение эффективности, уменьшение рассеиваемой мощности и снижение себестоимости. Данные семейства транзисторов ориентированы на работу в таких устройствах, как импульсные блоки питания, управление двигателями, инверторные схемы, источники питания для вычислительной техники.

Силовые транзисторы OptiMOS™ отличаются малым сопротивлением канала (RDSon) и малой емкостью «затвор-исток», что позволяет применять их в высокочастотных приложениях.

StrongIRFET™ ориентированы на промышленный рынок, являются более низкочастотными, но рассчитаны на повышенную токовую нагрузку при сохранении управляющих напряжений совместимых с логическими уровнями (например, 3,3 В логика).

Основные особенности семейств OptiMOS™ и StrongIRFET™ показаны в таблице 1.

Таблица 1. Отличительные особенности семейств OptiMOS™ и StrongIRFET™

Отличительные особенности семейства OptiMOS™
Разработаны для высокопроизводительных приложений Предназначены для замены Trench Power MOSFET Лучшие в своем классе и по соотношению «цена-производительность»
Идеальны для высокочастотного переключения r1_tabl1 Лучший показатель FOM в индустрии
Сверхнизкое RDS(on) Линейка 20…300 В Высокий КПД и плотность мощности
Отличительные особенности семейства StrongIRFET™
Разработаны для промышленных приложений Предназначены для замены планарных Power MOSFET Порядок цен – стандартный для Trench MOSFET
Идеальны для низкочастотного переключения r2_tabl1 Возможность работы с высокими токами
Низкое RDS(on) Доступен пороговый уровень логического напряжения 3,0 В Улучшенная технология производства

Новинка в семействе OptiMOS™ – OptiMOS™ 5

Последнее расширение семейства OptiMOS™ – OptiMOS™ 5 – повысило разнообразие доступных типов корпусов. Ключевая идея – сохранение высокой нагрузочной способности и эффективное рассеяние лишнего тепла при экономии пространства на печатной плате.

Основные типы корпусов в OptiMOS™ 5:

  • PQFN 2 x 2 – для систем, критичных к размерам, позволяет сохранить высокую частоту переключений при максимальной компактности;
  • TO-247 – оптимизирован для приложений, работающих с большими токами нагрузки;
  • DirectFET™ – для задач, связанных с большими рабочими токами и высокой рабочей частотой – снижена паразитная индуктивность корпуса и выводов;
  • TO-Leadless – данный тип корпуса сконструирован для работы с большими токами в таких приложениях с повышенными требованиями к надежности, как автопогрузчики, электромобили, телекоммуникационное оборудование.

Ключевой особенностью корпусов TO-Leadless является способность выдерживать токи до 300 А. При этом по сравнению с 7-пиновым корпусом D2PAK корпус TO-Leadless занимает примерно на 30% меньше площади и примерно вдвое ниже по высоте, что особенно выгодно в устройствах типа blade-серверов (рис. 1).

Рис. 1. Сравнение размеров корпусов D2PAK и TO-Leadless

Рис. 1. Сравнение размеров корпусов D2PAK и TO-Leadless

Площадь контакта выводов корпусов TO-Leadless на 50% больше, что улучшает рабочие характеристики схемы при высоких уровнях токов или повышенной температуре.

За счет трапециевидных выемок на выводах TO-Leadless упрощается процедура оптического контроля качества пайки, так как место пайки и наличие припоя и контакта становится заметным (рис. 2).

Серия транзисторов OptiMOS™ Linear FET сочетает в себе низкое сопротивление канала в открытом состоянии и ограничение протекающего тока в режиме насыщения. Это позволяет избежать разрушительных последствий при коротких замыканиях нагрузки (рис. 3).

Рис. 2. Особенности выводов корпусов TO-Leadless

Рис. 2. Особенности выводов корпусов TO-Leadless

Высокоэффективные и бюджетные серии OptiMOS™ 5 на напряжения 25 и 30 В выпускаются в стандартных для индустрии DC/DC-преобразователей корпусах SuperSO8 и S3O8 (таблица 2). Данная серия ориентирована в первую очередь на рынок импульсных стабилизаторов для компьютерной техники, включая персональные компьютеры, серверные станции, центры обработки данных.

Приборы серии OptiMOS™ 5 Power Block представляют собой пару транзисторов в конфигурации синхронного преобразователя и заменяют два дискретных транзистора в корпусе SO8 или SuperSO8. Большой по площади вывод PGND, к которому подключены истоки транзисторов, существенно увеличивает отвод тепла в печатную плату (уменьшает тепловое сопротивление). Такое решение также упрощает топологию печатной платы изделия и уменьшает уровень генерируемых электрических шумов.

Таблица 2. Состав серии OptiMOS™ 5 на напряжения 25 и 30 В

RDS(jn) max@ VGS = 10 В, мОм SuperSO8, 25 В S3O8, 25 В SuperSO8, 30 В S3O8, 30 В
< 2 BSC009NE2LS5
RDS(on) = 0,9 мОм
BSZ013NE2LS5l
RDS(on) = 1,3 мОм
BSC0500NSI
RDS(on) = 1,3 мОм
BSZ0500NSI
RDS(on) = 1,55 мОм
BSC009NE2LS5l
RDS(on) = 0,95 мОм
BSZ017NE2LS5IF
RDS(ON) = 1,45 мОм
BSC050INSI
RDS(on) = 1,9 мОм
BSC015NE2LS5l
RDS(on) = 1,5 мОм
BSZ017NE2LS5l
RDS(on) = 1,7 мОм
2…4,4 BSC026NE2LS5
RDS(on) = 2,6 мОм
BSZ031NE2LS5
RDS(on) = 3,1 мОм
BSC0502NSI
RDS(on) = 2,4 мОм
BSZ0501NSI
RDS(on) = 2,0 мОм
BSZ033NE2LS5
RDS(on) = 3,3 мОм
BSC0503NSI
RDS(on) = 3,2 мОм
BSZ0502NSI
RDS(on) = 2,8 мОм
BSC0504NSI
RDS(on) = 3,7 мОм
BSZ0503NSI
RDS(on) = 3,4 мОм
BSZ0506NS
RDS(on) = 4,4 мОм

Совместно с семейством контроллеров импульсных источников питания (OptiMOS™ Driver – PX3519PX3517) OptiMOS™ 5 Power Block позволяет реализовать низковольтные DC/DC-преобразователи с выходными токами до 50 А и КПД до 95%. Данная связка также позволяет оптимизировать решения за счет увеличения рабочей частоты и плотности энергии, а также сокращения списка элементов (BOM).

Рис. 3. Сравнение безопасных зон работы для серий OptiMOS™ 5 и OptiMOS™ Linear FET

Рис. 3. Сравнение безопасных зон работы для серий OptiMOS™ 5 и OptiMOS™ Linear FET

Серия OptiMOS™ 5 40 V в миниатюрном корпусе S3O8 (всего 3х3 мм) ориентирована прежде всего на применение в системах управления безщеточными двигателями постоянного тока и в H-мостах (таблица 3).

Выигрыш в габаритных размерах по сравнению с более традиционными корпусами DPAK составляет более 80% по площади на печатной плате и 50% по высоте.

Таблица 3. Состав серии OptiMOS™ 5 на напряжение 40 В

Наименование Параметры Код для заказа
IPZ40N04S5L-2R8 40 В; логический уровень 2,8 мОм SP001152004
IPZ40N04S5-3R1 40 В; стандартный уровень (40 В) 3,1 мОм SP001152006
IPZ40N04S5L-4R8 40 В; логический уровень 4,8 мОм SP001154302
IPZ40N04S5-5R4 40 В; стандартный уровень 5,4 мОм SP001153440
IPZ40N04S5L-7R4 40 В; логический уровень 7,4 мОм SP001153436
IPZ40N04S5-8R4 40 В; стандартный уровень 8,4 мОм SP001153438

В семейство OptiMOS™ 5 Power MOSFETs входят также серии MOSFET с рабочими напряжениями до 60/80/100 В и логическими уровнями управления (5 В логика). Даже для серий на 100 В при управляющем напряжении на затворе 5 В сопротивление канала составляет менее 20 мОм (таблица 4).

Таблица 4. Представители семейства OptiMOS™ 5 Power MOSFET с сопротивлением канала менее 20 мОм

Наименование Корпус Класс вольтажа, В RDS(on) макс. при VGS = 10 В, мОм RDS(on) макс. при VGS = 4,5 В, мОм
BSZ040N06LS5 PQFN 3,3 x 3,3 60 4,0 5,6
BSZ065N06LS5 6,5 9,4
BSZ099N06LS5 9,9 14,0
BSZ070N08LS5 80 7,0 9,4
BSZ096N10LS5 100 9,6 13,5
BSZ146N10LS5 14,6 20,8

Для синхронных выпрямителей в источниках питания телекоммуникационных устройств, сетевых адаптерах, низковольтных двигателях постоянного тока, инверторах солнечных батарей подходят серии транзисторов на 80 и 100 В, тем более что в семействе OptiMOS™ 5 Power MOSFETs они представлены в семи различных корпусах (таблица 5).

Таблица 5. Состав семейства OptiMOS™ 5 Power MOSFET на напряжения 80 и 100 В

RDS(on) макс.
при VGS = 10 В
SuperSO8 S3O8 TO-Leadless TO-220 TO-220 FullPAK D2PAK D2PAK 7 pin
80 В 11…4 мОм BSC026N08NS5 IPT012N08N5 IPP020N08N5 IPB017N08N5 IPB015N08N5
BSC030N08NS5 IPP023N08N5 IPB020N08N5
BSC037N08NS5 IPP027N08N5 IPB024N08N5
BSC040N08NS5 IPP034N08N5 IPB031N08N5
4…8 мОм BSC052N08NS5 BSZ075N08NS5 IPP052N08N5 IPB049N08N5
BSC061N08NS5
BSC072N08NS5
8…12 мОм BSC117N08NS5 BSZ084N08NS5
BSZ110N08NS5
100 В 1…4 мОм BSC035N10NS5 IPT015N10N5 IPP023N10N5 IPB020N10N5 IPB017N10N5
IPP030N10N5 IPB027N10N5
4…8 мОМ BSC040N10NS5
BSC070N10NS5
8…10 мОм BSC098N10NS5 BSZ097N10NS5 IPP083N10N5 IPA083N10N5

Самыми высоковольтными сериями в OptiMOS™ 5 являются серии с рабочими напряжениями до 150 В. Как и в случае в транзисторами на 80/100 В, они представлены в нескольких вариантах корпусных решений (таблица 6).

Таблица 6. Состав семейства OptiMOS™ 5 на напряжение 150 В

RDS(on) макс.
при VGS = 10 В, мОм
TO-263 D2PAK TO-263 D2PAK 7pin TO-262 I2PAK TO-220 PQFN 3,3 x 3,3 SuperS08 PQFN 5 x 6
4,0…5,1 IPB048N15N5
RDS(on) = 4,8 мОм
IPB044N15N5
RDS(on) = 4,4 мОм
IPI051N15N5
RDS(on) = 5,1 мОм
IPP051N15N5
RDS(on) = 5,1 мОм
5,2…11,0 IPB073N15N5
RDS(on) = 7,3 мОм
IPI076N15N5
RDS(on) = 7,6 мОм
IPP076N15N5
RDS(on) = 7,6 мОм
BSC093N15NS5
RDS(on) = 9,3 мОм
BSC110N15NS5
RDS(on) = 11,0 мОм
> 11,0 BSZ300N15NS5
RDS(on) = 30,0 мОм
BSC160N15NS5
RDS(on) = 16,0 мОм
Рис. 4. Состав наименования транзисторов семейства OptiMOS™

Рис. 4. Состав наименования транзисторов семейства OptiMOS™

Система наименования изделий в семействе OptiMOS включает девять полей (рис. 4):

  • тип корпуса – первые три буквы;
  • сопротивление канала в открытом состоянии в мОм (умноженное на 10) – три цифры, например 014 – 1,4 мОм;
  • тип канала – один символ – N/P/C;
  • максимальное рабочее напряжение в вольтах (деленное на 10) – две цифры;
  • уровень управляющего напряжения – буквенный код;
  • опции, специфичные для данного типа корпуса;
  • поколение технологии;
  • отличительные особенности серии – для автомобильного применения/высокочастотные/встроенный резистор на затворе/защита от статики/ и др;
  • символ соответствия требованиям RoHS.

Заключение

Новые транзисторы семейства OptiMOS благодаря целому ряду улучшений позволяют сократить потери энергии примерно на 30%. Это достигнуто благодаря появлению корпусов с более эффективным теплоотводом и снижению сопротивления канала во включенном состоянии.

Производитель: Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
BSZ065N06LS5ATMA1
BSZ065N06LS5ATMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2236261 ИНФО PDF AN RND
Доступно: 10000 шт.
Выбрать
условия
поставки
BSZ065N06LS5ATMA1 - МОП-транзистор MV POWER MOS
BSZ065N06LS5ATMA1
10000 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки
IPB044N15N5ATMA1
IPB044N15N5ATMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2236400 ИНФО PDF AN
Доступно: 6167 шт. от: 338 руб.
МОП-транзистор. N-Channel 150V 174A (Tc) 300W (Tc) Surface Mount PG-TO263-7.
IPB044N15N5ATMA1 338,00 от 11 шт. 290,00 от 23 шт. 266,00
80 шт.
(на складе)
6087 шт.
(под заказ)
IPB073N15N5ATMA1
IPB073N15N5ATMA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2236402 ИНФО PDF AN
Доступно: 200 шт. от: 217 руб.
IPB073N15N5ATMA1 - МОП-транзистор
IPB073N15N5ATMA1 217,00 от 17 шт. 186,00 от 36 шт. 171,00
200 шт.
(на складе)
IPI051N15N5AKSA1
IPI051N15N5AKSA1
Infineon Technologies Ag (Siemens Semiconductors)
Арт.: 2236429 ИНФО PDF
Доступно: 7000 шт.
Выбрать
условия
поставки
IPI051N15N5AKSA1 - МОП-транзистор
IPI051N15N5AKSA1
7000 шт.
(под заказ)
Выбрать
условия
поставки