高壓分立Si MOSFET (≥ 2 kV)及其應用介紹

分立HV Si MOSFET產品系列市場對比

圖1顯示Littelfuse在HV分立Si MOSFET市場具有領導地位，特別是在1700V以上產品。作為業(yè)界最高電壓阻斷能力（高達4700V）器件的制造商，Littelfuse是1700V以上HV分立Si MOSFET器件的唯一供應商，是市場領導者，目前沒有其他制造商提供這種HV水平的分立Si MOSFET器件。Littelfuse擁有廣泛的產品系列、具有競爭力的產品性能和先進的技術，能夠支持客戶成功地開發(fā)需求嚴苛的應用。

Littelfuse分立HV Si MOSFET產品系列

圖2描述Littelfuse公司從2000V至4700V獨特且廣泛的分立HV硅MOSFET產品系列。關鍵是這些n溝道分立HV MOSFET可以同時采用標準封裝和獨特封裝供貨，額定電流范圍從200 mA到6 A，功率耗散能力范圍從78W到960 W。這些HV MOSFET能夠承受高雪崩能量，專門設計用于需要極高阻斷電壓的快速開關電源應用。HV MOSFET器件是激光和X射線發(fā)生系統(tǒng)、HV電源、脈沖電源等應用的最佳解決方案，尤其適合中壓電機驅動、光伏（PV）逆變器、高壓柔性直流輸電(HVDC)、機車牽引和不間斷電源（UPS）中的輔助電源。

此外，由于HV分立Si MOSFET的導通電阻具有正溫度系數(shù)，因此適用于并聯(lián)。與采用串聯(lián)的低電壓MOSFET方法相比，這些HV分立器件提供了高可靠以及更佳的成本解決方案。圖3列舉了對比使用串聯(lián)低壓(LV) MOSFET方案，使用Littelfuse高壓分立Si MOSFET在實施HV設計方面的主要優(yōu)勢。

圖3：與低壓MOSFET相比，利用Littelfuse的HV Si MOSFET構建HV設計的主要優(yōu)勢

封裝——獨特的HV封裝和專有絕緣封裝

Littelfuse提供具有多種優(yōu)勢的獨特HV封裝和專有絕緣封裝，可為客戶帶來附加值。在高電壓和高功率應用中，功率器件的散熱至關重要。器件封裝會極大地影響功率器件的熱性能。IXYS-Littelfuse開發(fā)的獨特HV封裝和專有ISOPLUS?封裝能解決HV應用中的絕緣和熱管理等關鍵問題。如圖4所示，Littelfuse HV封裝與標準封裝之間的差異。

Littelfuse HV封裝具有更長的爬電距離，這是重要的優(yōu)勢。Littelfuse的≥2 kV高壓分立Si MOSFET采用的獨特HV封裝，例如：

• 用于表面貼裝器件（SMD）的TO-263HV和TO-268HV封裝，以及
• 用于通孔技術（THT）PCB的TO-247HV和PLUS247HV封裝

在TO-263HV和TO-268HV封裝中去除了中間的漏極引腳，在TO-247HV封裝中增大了漏極和源極引腳之間的距離，從而增加了爬電距離。這有助于客戶在HV應用中減少可能出現(xiàn)的電弧狀況。例如，與標準封裝相比，TO-263HV和TO-268HV引線到引線爬電距離大約增加了一倍，分別達到4.2 mm和9.5 mm。HV應用中的另一個關鍵問題是電氣絕緣， Littelfuse專有絕緣分立ISOPLUS?封裝是實現(xiàn)HV設計的絕佳選擇。如圖5所示，設計采用DCB結構，而不是通常的銅引線框架，Si晶圓焊接在上面。

圖4：與標準封裝相比，Littelfuse HV封裝提供了更長的爬電距離（引線到引線）

圖5：Littelfuse絕緣分立封裝橫截面顯示DCB基底

DCB用于散熱，且具有較高的電氣絕緣能力，在2500 VRMS下持續(xù)時間長達60秒。這能幫助客戶在最終裝配中省去外部散熱片和附加絕緣安裝步驟，具體取決于散熱器的絕緣和接地概念，從而幫助客戶在系統(tǒng)組裝中節(jié)省成本。

與帶有外部絕緣片的非絕緣封裝相比，Littelfuse絕緣式封裝結點至散熱片路徑的整體熱阻RthJH較低，從而大大改善了器件的熱性能。此外，這些絕緣式封裝中芯片和散熱器之間的耦合電容較低，有助于改善EMI。ISOPLUS i4-PAC?和ISOPLUS i5-PAC? (ISOPLUS264?)封裝中的HV分立Si MOSFET顯示具有上述優(yōu)良特性。如圖6描述，Littelfuse為HV分立Si MOSFET提供的標準封裝、HV封裝和專有絕緣封裝。

圖6：Littelfuse為HV分立Si MOSFET提供的標準封裝、HV封裝和專有絕緣封裝

應用

圖7 a）HV輔助（AUX）電源示例，它是較大系統(tǒng)的子系統(tǒng)，為柵極驅動單元、測量和監(jiān)測系統(tǒng)以及其他安全關鍵功能供電。通常情況下需要小于100W的輸出功率和5至48V輸出電壓。因此，廣泛使用如圖7 b)所示的反激式電路。

輔助電源的輸入通常是電源轉換器的HV直流母線電壓。HV反激式電路的固有要求是具有極高阻斷電壓等級的功率器件，以承受來自變壓器次邊的反射電壓。Littelfuse公司HV分立Si MOSFET是HVDC高壓柔性直流輸電、電動汽車（EV）充電器、太陽能逆變器、中壓驅動器、UPS和HV電池應用中之HV AUX電源的完美選擇。

圖7：a）帶有輔助電源之逆變器簡圖 b）通常用于HV AUX電源的反激式拓撲

Littelfuse公司HV 分立Si MOSFET的另一個應用是脈沖電源。脈沖電源包含在幾分之一秒內快速釋放儲存的能量。圖8 a)是描述脈沖電源應用的簡圖，利用HV MOSFET在短時間內將能量從HV DC輸入電容轉移到負載。脈沖電源用于不同的應用中，例如高能量密度等離子體發(fā)生器、強電子束輻射、大功率微波、醫(yī)療設備、食品巴氏殺菌、水處理和臭氧生成等等。圖8 b)顯示脈沖電源應用示例，用于醫(yī)療診斷和病患治療的基于超聲波診斷成像。

圖8：a) 脈沖電源應用簡圖 b) 脈沖電源應用示例——產生超聲波

總結

Littelfuse獨特的HV分立功率器件系列支持開發(fā)先進的HV應用，而現(xiàn)代HV應用的需求在近期達到空前規(guī)模。Littelfuse擁有廣泛的HV分立Si MOSFET產品系列，采用創(chuàng)新的HV封裝和ISOPLUS?獨特封裝。Littelfuse公司MOSFET已成為設計工程師開發(fā)新型HV應用的首選產品。Littelfuse分立HV Si MOSFET產品系列具有廣泛的市場定位，特別適用于各種應用的AUX電源解決方案。