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做电源设计时,有多少人纠结过怎么选功率器件?在第三代半导体风头正劲的现在,毫无疑问,SiC 与 GaN 是当前的高性能大热门选项。
但,如果面向的是通用性比较高,成本敏感的场景,怎么办呢?
当然有更优的选型——硅基 MOSFET(SiMOS)。历经数十年迭代的SiMOS,至今仍能在关键领域 “发光发热”,靠的是什么?一起来扒一扒——
1 为什么SiC/GaN时代,硅基MOSFET仍不可替代?
很多工程师都会有类似的困惑。其实,在实际应用中,无论是SiC/GaN,还是硅基MOSFET,并不是简单的替代关系。
不可否认,在一些高频、高压的应用场合中,SiC/GaN的特性可以发挥更大的优势。
但硅基MOSFET经过数十年技术迭代,早已不是“落后技术”。以英飞凌CoolMOS™ 系列为例,20多年来持续引领超结MOSFET技术,如今最新的CoolMOS™ 8系列,更是在性能上实现了新突破,同时保持着硅基器件特有的成本优势和通用性,让硅基 MOSFET 再度成为工程师选型清单里的惊喜选项。
2 CoolMOS™ 8 的特别之处
CoolMOS™ 8可以说是从性能到封装,全维度升级。
1、全系列标配快速体二极管:一个系列适配所有拓扑
以往的CoolMOS™产品中,只有高端型号才配备快速体二极管,而CoolMOS™ 8直接实现“全系列标配”。这意味着无论是软开关电路(如LLC)还是硬开关电路(如PFC),不用更换器件型号,一个CoolMOS™ 8系列就能搞定所有主流功率拓扑。
2、业内最低导通电阻:从源头降低损耗
导通电阻Rds(on)是影响MOSFET损耗的关键参数——电阻越小,导通损耗越低,效率自然越高。CoolMOS™ 8在这一指标上做到了行业领先:600V系列低至7mΩ,650V系列低至8mΩ。
别小看这几毫欧的差距,在高功率应用中,导通电阻降低带来的效率提升非常明显。
3、开关损耗大幅降低 :效率优势进一步扩大
除了导通损耗,开关损耗也是影响电源效率的重要因素。CoolMOS™ 8通过优化芯片设计,将Eoss(输出电容存储能量)降低10%[1],Coss(输出电容)降低50% [1],Qg(栅极电荷)降低 20% [1],大幅减少了开关过程中的能量浪费。
结合导通损耗的优化,CoolMOS™ 8在全功率段都能保持高效率——即使在轻载工况下,也能避免效率大幅下降的问题,这对AI服务器负载波动大的特点尤为适配。
4、扩散焊工艺降热阻:解决高功率散热难题
高功率必然伴随高热量,而CoolMOS™ 8通过英飞凌专有的“扩散焊工艺”,从根本上改善了散热性能。这种工艺能改善芯片与引线框架之间的连接,提升热传导效率,相比前代产品,CoolMOS™ 8的热阻降低了14%~42%(如TO247封装的16mΩ型号热阻降14%,TO-220封装的37mΩ型号热阻降41%)。
散热能力提升,不仅能让器件在高功率下更稳定,还能减少散热片的体积,进一步压缩电源板的整体尺寸。
5、创新封装:兼顾空间与成本
CoolMOS™ 8提供了丰富的封装选择,除了通用的插件封装(如TO247、TO220),还有多款创新贴片封装,包括顶部散热(TSC)和底部散热(BSC)类型,且所有顶部散热封装的高度统一为2.3mm,方便工程师进行PCB布局。
其中的QDPACK顶部散热封装尤为亮眼——相比传统底部散热封装,它能充分利用PCB的正反两面空间,既提升了功率密度,又减少了寄生效应,还能降低系统层面的制造成本。以QDPACK封装的CoolMOS™ 8为例,单芯片内阻可低至7mΩ,非常适合高功率密度、自动化生产的应用场景。
6、All in one:多覆盖 对比CoolMOS™ 7和CoolMOS™ 8的产品矩阵就能发现:CoolMOS™ 7针对不同需求细分了C7、P7、S7、CFD7、PFD7等多个子系列,而CoolMOS™ 8只用一个系列就兼容了这些子系列的功能——无论是需要高性价比的基础场景,还是追求高性能的高端场景,一个CoolMOS™ 8系列就能覆盖。
简单来说,CoolMOS™ 8做到了用一个系列的成本,实现多个系列的性能覆盖。
3 CoolMOS™ 8在哪些应用可以“发光发热”
这是英飞凌推出的3.3KW高频和高密度的电源装置单元PSU,主要应用在服务器和数据中心等应用中的。核心功率器件采用的是英飞凌的“SiC+GaN+SiMOS”组合。解决方案仅有192mm×72mm×40mm,但实现了3.3KW功率输出,功率密度高达98W/inch³,效率更是达到97.4%。
这个解决方案的PFC 和baby boost部分,功率器件就采用了CoolMOS™ 8 系列产品——600V IPT60R016CM8。
英飞凌3.3kW LLC评估板上实测效率,相比集成快速体二极管的CoolMOS™ 7,CoolMOS™ 8 将整机效率提高了 0.04%[1],与其他器件相比,效率提升的更高,在0.05%至0.11%[1]之间。
3.3KW LLC评估板效率对比
在像数据中心这样成千上万台服务器同时运行的高功率场景中,每一处效率的细微提升,累计节省的能耗都非常可观。
除了数据中心、AI服务器,充电桩、储能、不间断电源UPS、工业SMPS等应用场合,CoolMOS™ 8系列的600V和650V产品都有优异的表现。
如果你也在为电源项目的功率器件选型纠结,不妨去英飞凌官网看看CoolMOS™ 8的详细参数——或许它就是你要找的“性能与成本兼顾”的解决方案。 点击此处,获取更多信息。
[1]:数据基于600V/37mΩ/TO-247 CoolMOS™ 8与CoolMOS™ 7产品的比较
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