Spannungswandler MOSFET-Pärchen für den synchronen Abwärtswandler

Chip-Bilder sind in aller Regel langweilig, aber bei dieser Abbildung ist zu erkennen, mit welcher konstruktiven Maßnahme  der thermische Wiederstand des Low-Side-MOSFETs auf die Hälfte gedrückt werden konnte: mit einer entsprechend großen Kühlfahne.
Chip-Bilder sind in aller Regel langweilig, aber bei dieser Abbildung ist zu erkennen, mit welcher konstruktiven Maßnahme der thermische Wiederstand des Low-Side-MOSFETs auf die Hälfte gedrückt werden konnte: mit einer entsprechend großen Kühlfahne.

Die Advanced Power Electronics Corp., ein taiwanischer Hersteller von Leistungshalbleitern, bietet unter der Bezeichnung AP6950GYT einen asymmetrischen Dual-MOSFET-Baustein, der speziell für den Aufbau eines synchronen Abwärtsspannungswandlers ausgelegt wurde.

Der Witz beim synchronen Abwärtsregler ist, dass die Diode im Leistungskreis durch einen MOSFET ersetzt wird, an dem in Durchlassrichtung der Spannungsabfall deutlich geringer ist. Während bei der Diode in Durchlassrichtung - unabhängig vom Durchlassstrom - die Schleusenspannung von 0,7 V (Silizium-Diode) abfällt, ist der Spannungsabfall am MOSFET stets proportional zum Durchlasswiderstand RDS(on). Der Ersatz der Diode durch einen MOSFET verspricht also einen besseren Wirkungsgrad, vorausgesetzt, der RDS(on) ist klein genug.

Der hier vorgestellte Baustein AP6950GYT der Advanced Power Electronics Corp., integriert den High-Side-MOSFET (also den Leistungsschalter) und den Low-Side-MOSFET (eben den Dioden-Ersatz) in einem Gehäuse. Für den Substitutions-MOSFET gibt das Datenblatt einen RDS(on) von 10,5 mOhm an. Die Durchbruchspannung über Drain und Source ist mit 30 V angegeben, der nominelle Maximalstrom beträgt bei einer Sperrschichttemperatur von 25 °C beim Low-Side-MOSFET 39 A, für den High-Side-MOSFET sind 21 A spezifiziert. Dessen RDS(on) ist mit 18 mOhm deutlich höher, zudem ist für den Low-Side-MOSFET eine größere Kühlfläche auf der Rückseite vorgesehen (siehe Bild), die den thermischen Widerstand zwischen Sperrschicht und Gehäuse auf 5 °C/W bringt, für den High-Side-MOSFET sind im Datenblatt 10 °C/W angegeben.