高效能電源需求催生MOSFET變革創(chuàng)新 英飛凌專家詳解提升能效秘笈

　　環(huán)境污染、溫室效應(yīng)、不可再生能源日趨枯竭……這些日益威脅人類生存的難題已經(jīng)使全球有識之士認(rèn)識到節(jié)能減排提高能效是未來科學(xué)技術(shù)活動一項(xiàng)長期的任務(wù)。正如英飛凌科技奧地利有限公司全球開關(guān)電源高級市場經(jīng)理Thomas Schmidt所言：“能效不僅是個時髦詞匯，更是一個全球挑戰(zhàn)！”如何應(yīng)對這項(xiàng)挑戰(zhàn)？各個半導(dǎo)體紛紛從半導(dǎo)體器件入手，幫助系統(tǒng)公司提升電源效率，這方面，英飛凌近年來動作頻頻，近日，英飛凌公司高調(diào)發(fā)布其最新的OptiMOS 3系列低壓MOSFET，并詳細(xì)講解了如何利用創(chuàng)新的MOSFET來提升電源系統(tǒng)效率。
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????????圖1英飛凌科技奧地利有限公司全球開關(guān)電源高級市場經(jīng)理Thomas Schmidt：能效是一個全球性挑戰(zhàn)！

　　Schmidt指出：“目前，包括美國、中國，歐盟、日本、新加坡、英國在內(nèi)的多個國家和地區(qū)組織都出臺了大量針對能效提升法規(guī)，由英特爾、Google 、戴爾、EDS、惠普、IBM、聯(lián)想、微軟等公司和組織發(fā)起的“電腦產(chǎn)業(yè)拯救氣候行動計劃”(Climate Savers Computing Initiative)確定了2020年減排CO2 5400萬噸的目標(biāo)（折合55億美元），到2008年7月，Climate Savers Initiative組織對電源模塊的采購要求100%的PC電源滿足能源之星4.0的要求，到2009年6月超過20%的PC電源半負(fù)載下效率需達(dá)到85%；同時超過80%的服務(wù)器電源半負(fù)載下效率要求達(dá)到85%，超過20%的服務(wù)器電源半負(fù)載下效率需達(dá)到89%，而到了2010年，更是要求100%的1U/2U服務(wù)器電源達(dá)到89%的半負(fù)載下效率，超過20%的電源達(dá)到92%?！?/p>

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??????????????????????????????? 圖2：拯救氣候組織能效推進(jìn)計劃

　　面對如此嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，電源系統(tǒng)設(shè)計師如何應(yīng)對？Schmidt表示，總體來看未來開關(guān)電源設(shè)計將會向三個方向發(fā)展，分別是：1、更小的外形因子，即功率密度要提升；2、更高的效率效率要達(dá)到80％乃至90％以上；3、更低的每瓦成本。針對這三個方向，他提出應(yīng)對的措施是1、采用更低導(dǎo)通電阻器件。 2、更低損耗更快開關(guān)；3、更小封裝。減小散熱。

　　他表示可以通過兩個措施來提升電源系統(tǒng)能效。他特別這對這三點(diǎn)解釋了英飛凌OptiMOS 3系列低壓MOSFET在具體電源設(shè)計中如何提升能效。

　　一、通過降低MOSFET導(dǎo)通電阻來提升能效，Schmidt透露英飛凌的OptiMOS 3系列低壓MOSFET 40V系列有1.6m?的導(dǎo)通電阻，OptiMOS 3 60V導(dǎo)通電阻3.5m?，OptiMOS 3 80V系列MOSFET最低導(dǎo)通電阻2.5 m?，這些導(dǎo)通電阻堪稱業(yè)界最低，如何獲得如此低的導(dǎo)通電阻？他透露：“英飛凌實(shí)際上采用的是和其他公司類似的溝道MOSFET技術(shù)，但是英飛凌在溝道的優(yōu)化方面有自己的獨(dú)特之處，所以可以將導(dǎo)通電阻降的更低?！?/p>

　　他用采用OptiMOS 2和OptiMOS 3設(shè)計的DC/DC功率轉(zhuǎn)換方案進(jìn)行了比較，顯示采用OptiMOS 3以后，原方案的效率提升大于1％。
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????????????????????????????????? 圖3? 導(dǎo)通電阻大小對提升系統(tǒng)能效有顯著改善

　　如何將導(dǎo)通電阻降低？他表示除了優(yōu)化工藝外，通過先進(jìn)的封裝技術(shù)來提升電源效能，他能有效減低導(dǎo)通電阻，例如采用SS08封裝的40V/60V/80V OptiMOS 3 MOSFET與標(biāo)準(zhǔn)TO封裝相比，可使功率密度提升50％，導(dǎo)通電阻也明顯降低。

　　去年年底，英飛凌獲得了IR公司的DirectFET封裝技術(shù)授權(quán)，但是由于目前主要是IR提供封裝，所以采用DirectFET封裝（英飛凌稱為CanPAK封裝）的OptiMOS3器件還不多，隨著英飛凌馬來西亞新封裝廠的落成，未來采用CanPAK封裝的器件會大量面市，他透露目前也有其他廠商獲得了IR公司的DirectFET封裝授權(quán)，所以未來采用DirectFET封裝將會增多，將擺脫以前僅有一家公司供貨的局面，因此，該類封裝應(yīng)用將走熱。
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????????????????? 圖4 相比采用TO220封裝，SS08不但有更低的導(dǎo)通電阻，更可以降低電感。
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??????????????????????????? 圖5? 導(dǎo)通電阻和封裝技術(shù)可以有效能效

　　二、通過特定的設(shè)計提升能效

　　他表示通過替代原來電源中的元器件，也可以有效提升電源的能效，例如，用OptiMOS3替代同步整流電路中的二極管，也可以提升電源系統(tǒng)能效。如下圖所示

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　　?????????????????????????? 圖6? 用OptiMOS 3替代二極管也可以提升能效

　　他強(qiáng)調(diào)用OptiMOS 3替代二極管以后，電源系統(tǒng)的整體效率可以提升3～5％！

　　目前，數(shù)字電源正越走越熱，未來數(shù)字電源必然會獲得大量應(yīng)用，市場分析公司iSuppli的2007年12月份報告預(yù)測,從2007年到2011年數(shù)字電源市場的年增長率約為50%.5月14日，英飛凌科技公司最近宣布完整收購Primarion公司以進(jìn)一步增強(qiáng)公司在電源管理應(yīng)用領(lǐng)域的業(yè)務(wù)，Primarion公司是設(shè)計、制造和銷售計算、圖形和通信設(shè)備用數(shù)字電源IC的領(lǐng)先公司。英飛凌收購該公司，顯示了英飛凌看好數(shù)字電源，并進(jìn)一步鞏固其電源管理供應(yīng)商實(shí)力的決心。
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?????????????????????????????????? 圖7 英飛凌電源管理領(lǐng)域增長強(qiáng)勁

　　另外，Schmidt透露英飛凌也在加強(qiáng)新材料的研究，但是目前看來，硅仍是不錯的電源芯片半導(dǎo)體材料。

　　電源管理產(chǎn)業(yè)是全球競爭最激烈的領(lǐng)域，也是和人類未來生活息息相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)，我們期待眾多電源半導(dǎo)體供應(yīng)商未來演繹出更精彩的技術(shù)！