体积、功耗、效率三重优选，东芝推出高压DTMOSVI系列产品（带快速恢复体二极管）

来源:东芝半导体发布时间:2022-03-25301浏览

点击“东芝半导体”，马上加入我们哦！

* 文章转自《电子工程专辑》2022年3月刊。

2021年11月初，新一轮国际能源气候大会在英国举办，会上确定了各国碳中和、碳达峰的时间表。对此，中国也制定出了符合发展中国家国情的“双碳3060”战略，目标中指出2060年中国可再生能源的比重将大于50%。
如何实现减碳跨越？最终还是要落实到各个应用场景中，比如家电、工业设备、大型数据中心、太阳能等清洁能源的使用。而对于前面罗列出来的这些高压设备和系统而言，除了降低负载用电外，电源本身的功耗和转换效率也是降低整体功耗的重要因素。于是，各个系统厂商在设计大型电机驱动、高压电源和光伏逆变器时，常常需要挑选合适尺寸、封装的超级结MOSFET（Super Junction MOSFET）。

模拟工程师们都了解，在我们使用MOSFET搭建全桥或半桥时，常常需要在MOSFET的漏极和源极之间加上一个快速恢复体二极管，快速恢复体二极管的反向恢复时间几乎为零，一下子就能截止，所以可以防止由于关断反应慢带来的上下管同时导通后的烧片现象。

针对这种高压、高效率、低功耗、反向恢复快的应用需求，东芝推出集成了快速恢复体二极管的DTMOSVI-HSD（VDSS＝650V）系列产品。具体型号见下表，其中TO-247封装的两个型号TK095N65Z5（ID＝30A）和TK042N65Z5（ID＝57A）已经进入工程样品阶段，今年的一季度将会量产，其余型号正在紧锣密鼓的开发之中。

那么，DTMOSVI-HSD（VDSS＝650V）系列产品有何特点呢？首先从字面上，我们可以知道这个系列的MOSFET采用的是超级结工艺（东芝的DTMOS指的就是SJ-MOS），VI说明是第六代产品，HSD就是带快速恢复体二极管，VDSS＝650V说明漏源静态电压为650V。
与上一代产品DTMOSIV-HSD相比，DTMOSVI-HSD的恢复特性几乎相同，但开通损耗降低了约68%，关断损耗降低了约56%。这是因为东芝采用了自研的工艺和内部结构升级，使得DTMOSVI的导通电阻RDS(ON)、总电荷Qg、栅极电荷Qgd，以及高温下的静态漏源电流IDSS都降低了。

从上图中可知，对比上一代产品DTMOSIV-HSD，DTMOSVI-HSD的RDS(ON)*Qgd乘积减少了80%，RDS(ON)*Qg乘积减少了60%。这说明在导通电阻降低的同时，栅极充放电的速度大大提高了，当外围参数在相同的设计情况下，MOSFET的开关速度将相应加快。
同时，以150℃环境下的静态漏源电流IDSS为例，型号为TK28N65W5的上一代DTMOSIV-HSD系列产品的静态漏源电流IDSS为2.6mA，而型号为TK（095）N65Z5的DTMOSVI-HSD系列产品的静态漏源电流IDSS仅为390μA，这将大大降低功率MOSFET的本身损耗。
此外，东芝在DTMOSIV-HSD系列产品中还增加了两种带Kelvin-source端子的封装，分别是TOLL和TO-247-4L封装。其中，TOLL封装是一种表面封装类型的封装，封装面积比现有封装D2PAK小了约27%。而TO-247-4L封装则是一种4端子类型的封装，由于它的驱动源极采用从源极引出的开尔文连接，因此可降低连接电阻，并使栅极和驱动源极组成的驱动电路回路最小化，减少寄生电感。这种做法将提高器件开关的上升和下降时间，降低开关损耗，激发MOSFET的高速开关性能，抑制开关时的振荡。

值得一提的是，东芝选择首先量产TO-247封装的产品，是因为目前很多客户在使用这个封装的产品。而对于未来市场，DFN8×8和TOLL封装会是一种趋势，非常适用于数据中心、太阳能发电和工业设备的电源的开发，所以东芝今后将继续投入DFN8×8和TOLL封装产品的研发和生产，为设备小型化、高效化做出贡献。