Höhere Leistungsdichte
Infineons neue MOSFET-Generation in 40 V und 60 V
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Ein MOSFET genügt
Die Leitendverluste könnte man relativ einfach - natürlich mit deutlich höheren Kosten - durch die Parallelschaltung eines weiteren MOSFETs verringern. In der Tat werden dann die Leitendverluste halbiert. Da nun aber zwei MOSFETs angesteuert werden müssten und diese zusammen auch die doppelte Ausgangskapazität besitzen, entsteht im unteren Leistungsbereich eine deutliche Verschlechterung der Situation: Die dort dominierenden Verluste sind ebenfalls verdoppelt worden.
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Ein Verringern der Verluste bei hoher Ausgangsleistung resultiert also in einem Erhöhen der Verluste im niedrigen Lastbereich. Infineon bietet nun mit den neuen OptiMOS-MOSFETs mit 40 V und 60 V Sperrspannung eine Möglichkeit, die Verluste im gesamten Lastbereich deutlich zu verringern; Vergleichsmessungen zeigen, dass dies mit den neuen Technologien erreicht wurde. Exemplarisch ist dies für die neue 40-V-Technologie in Bild 4 gezeigt.
Weitere Vorteile der neuen MOSFET-Generationen zeigen sich beim direkten Vergleich der Messkurven. Auch wenn die Ergebnisse mit der aktuellen MOSFET-Generation schon nahe dem Optimum sind, so können sie durch den Einsatz der neuen Technologie sogar noch deutlich verbessert werden.
In Bild 5 ist dargestellt, wie sich die Drain-Source-Spannung UDS (lilafarbene Kurve) am Synchrongleichrichtungs-MOSFET verändert, wenn anstelle des bereits optimierten MOSFET ein 60-V-MOSFET der neuesten Generation eingesetzt wird.
Dabei ist nicht nur die maximale Spannungsspitze deutlich niedriger, auch die Oszillationen nach dem eigentlichen Schaltvorgang fallen deutlich geringer aus und sind kaum vorhanden. Durch die verringerten Spannungsspitzen kann ggfs. eine niedrigere MOSFET-Spannungsklasse gewählt werden bzw. der Sicherheitsabstand zur Durchbruchspannung wird erhöht. Ein verbessertes EMV-Verhalten ist ebenfalls zu erwarten.
Sowohl die neue 40-V- als auch die 60-V-Technologie bietet dem Entwickler nun die Möglichkeit, die Leistungsdichte deutlich zu erhöhen. Das Schaltverhalten wurde optimiert, so dass in vielen Anwendungen eine niedrigere MOSFET-Spannungsklasse gewählt werden kann mit allen Vorteilen bzgl. RDS(on), Kosten, Verlustleistung usw. Ein 1.000-W-Netzteil ist nun ohne Parallelschaltung von MOSFETs in der Synchrongleichrichtung möglich. Pro Gleichrichterzweig reicht jetzt ein einziger MOSFET im SuperSO8.
Der Autor:
Ralf Walter arbeitet bei Infineon Technologies Austria in Villach. Dort ist er als Applikations-Ingenieur im Geschäftsbereich Industrial & Multimarket (IMM), Power Management and Supply Discretes für Niederspannungs-Antriebe tätig.
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