MOSFET транзисторы NXP для автомобильного применения

В настоящее время на рынке аналоговой техники доминируют биполярные транзисторы (международный термин биполярного транзистора – Bipolar Junction Transistor (BJT)). В другой важнейшей отрасли электроники – цифровой технике (логика, память, микроконтроллеры, цифровая связь и т. п.) биполярные транзисторы практически полностью вытеснены полевыми транзисторами. Вся современная цифровая электроника построена в основном на полевых МОП (метал-оксид-полупроводник) транзисторах, как более экономичных по сравнению с биполярными транзисторами. Иногда МОП-транзисторы называют МДП (металл-диэлектрик-полупроводник), в международном сообществе принято название MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Существуют два типа MOSFET: N-канальные и P-канальные. С момента изобретения первого транзистора быстрое развитие технологий позволило создать более совершенные и производительные и в тоже время экономичные и энергосберегающие элементы. В рамках интегральной технологии транзисторы изготавливаются на одном кристалле для изготовления микросхем памяти, микроконтроллеров, микросхем логики и др. Размеры современных MOSFET составляют 60-30 нм. При современной степени интеграции на одном чипе размером 1-2 см2 размещаются несколько млрд. транзисторов.

MOSFET-транзистор

В настоящее время MOSFET являются неотъемлемой частью практически любого электронного устройства. На фоне жесткой конкуренции на рынке электроники и существующих требований к высокой энергоэффективности оборудования разработчики стремятся уменьшить габариты, энергопотребление и себестоимость конечной продукции. Эти и другие факторы подталкивают производителей электронных компонентов постоянно совершенствовать и предлагать все новые и новые разработки и технологии. Компания NXP, смогла занять одну из лидирующих позиций в области производства транзисторов, благодаря передовым технологиям и широкому портфолио MOSFET, насчитывающему более 900 наименований, включая высокочастотные, предоставляя реальный выбор разработчикам электроники подобрать для своих потребностей максимально удовлетворяющий их задачам элемент.

Параметры транзисторов распределяется в диапазоне напряжений сток-исток от 12–300 В, с током стока до 228 А и различными вариантами корпусов, рабочий диапазон температур транзисторов до –55…+175 °C. Краткий перечень и характеристики MOSFET NXP сведены в таблицу 1

Технология TrenchMos

Мощные MOSFET традиционно выпускались по планарной технологии. В конце 1990 -х годов компания NXP вывела на рынок транзисторы, изготовленные по новой технологии, так называемой траншейной (TrenchMOS), обеспечивающей чрезвычайно низкое сопротивление открытого канала сток-исток. Развитие этой технологии позволило увеличить компактность кристалла и снизить сопротивление открытого канала RDS(ON) (потери в канале) в несколько раз, а так же снизить стоимость таких транзисторов. Противоречивые требования к MOSFET: с одной стороны, минимальное сопротивление открытого канала RDS(ON), с другой – минимальный заряд затвора, – прежде всего приводили разработчиков электроники к необходимости выбора различных марок транзисторов для работы в тех или иных каскадах. К тому же возникала потребность выбора оптимального соотношения занимаемой площади и рассеиваемой мощности транзисторов. По мере совершенствования технологий производства MOSFET-транзисторов производители предлагали различные варианты построения корпусов. Эффективность MOSFET-транзисторов основана не только на технологии получения кристалла, но и на корпусе, в который данный кристалл установлен. Наиболее эффективными корпусами для MOSFET-транзисторов признаны корпуса, предназначенные для поверхностного монтажа, которые обеспечивают максимальную удельную мощность рассеяния. Так, наряду со стандартными корпусами TO-220, DPAK, D2PAK и SO, компания NXP выпустила на рынок транзисторы MOSFET, изготовленные по технологии шестого поколения Trench6 в корпусе LFPAK (Loss Free Package). Комбинация технологии шестого поколения Trench с высокоэффективной упаковкой LFPAK увеличивают надежность транзисторов и расширяют границы применения. Транзисторы NXP в корпусе LFPAK обладают малым общим сопротивлением в открытом состоянии (менее 1 мОм) и высокой рабочей температурой, что достигается высокой теплопроводностью корпуса и малым сопротивлением выводов – менее 0,25 мОм. На рис. 1 приведено сравнение внутреннего сопротивлений популярных корпусов транзисторов, без учёта вклада полупроводника, а на рис. 2 изображена внутренняя структура транзистора LFPAK. Видно, что LFPAK не содержит промежуточных шин и сварных соединений, чем и объясняются его отличные характеристики.

Рисунок 1. Внутренне сопротивление популярных SMD корпусов.

Рисунок 2. Способы подключения выводов в популярных корпусах транзисторов и в LFPAK

Расчет площади занимаемой D2PAK, DPAK и LFPAK показывает, что экономия места при применении транзисторов в корпусе LFPAK достигает 75 и 46% соответственно. При соизмеримой площади занимаемой MOSFET в корпусе SO8, корпус LFPAK более компактен по высоте. Конструкция корпуса LFPAK при толщине всего 1,1 мм позволяет добиться оптимальных показателей по отводу тепла, обеспечивая дополнительный путь отвода тепла с верхней части корпуса, что позволяет при необходимости более эффективно использовать радиатор. Кроме того, корпус LFPAK имеет на 50% меньшую паразитную индуктивность, что делает транзисторы в этом корпусе идеальным для применения в мощных высокочастотных схемах.

На рис. 3 показаны результаты термографии MOSFET в корпусах SO8, DPAK и LFPAK. Данные измерения были проведены при прочих равных условиях, рассеиваемая мощность на поверхности корпусов примерно 1 Вт. Исключительные термические свойства корпуса LFPAK наилучшим образом влияют на производительность MOSFET, и в ряде случаев это позволяет применить разработчикам два транзистора в корпусе LFPAK вместо трех транзисторов в корпусе SO8.

Рисунок 3.

Расширяя портфолио MOSFET, компания NXP предлагает ряд транзисторов для автомобильных применений, с этой целью было разработано семейство MOSFET TrenchPLUS с дополнительными функциями защиты и измерения температуры. Транзисторы семейства TrenchPLUS были разработаны и квалифицированы по методике AEC для использования в особо важных системах автомобиля, например: тормозные системы (ABS), системы управления (ЭМУР). На рис. 4 показана функциональная блок-схема устройства транзисторов семейства TrenchPLUS. Наличие встроенного датчика тока в силовом MOSFET позволяет эффективно защищать выходные цепи устройств от перегрузок по току и коротких замыканий. При таком построении транзистора повышается надежность прибора и снижается его стоимость, так как отпадает необходимость в использовании внешних элементов.

Рисунок 4. Функциональная схема транзистора, изготовленного по технологии TrenchPLUS

Таблица 1. Краткий перечень N-канальных MOSFET NXP в корпусе LFPAK

Наименование VDS [max], В RDSon [max] @ VGS = 10 В, мОм ID [max], А QGD [typ], нКл VGSth [typ], В Ptot [max], Вт Соответствует AEQ-101
PSMN0R9-25YLC 25 0,99 100 14 1,41 272 Нет
PSMN1R1-25YLC 25 1,15 100 11 1,43 215 Нет
PSMN1R2-25YLC 25 1,3 100 8,3 1,45 179 Нет
PSMN1R5-25YL 25 1,5 100 9,2 1,7 109 Нет
PSMN2R2-25YLC 25 2,4 100 5,2 1,54 106 Нет
PSMN2R9-25YLC 25 3,15 100 4,4 1,54 92 Нет
PSMN4R0-25YLC 25 4,5 84 3,5 1,53 61 Нет
PSMN6R0-25YLB 25 6,1 73 2,6 1,42 58 Нет
PSMN6R5-25YLC 25 6,5 64 2,8 1,54 48 Нет
BUK7Y07-30B 30 7 75 10,7 3 105 Да
BUK9Y07-30B 30 6 75 12,4 1,65 105 Да
PSMN0R9-30YLD 30 0,87 300 13,5 1,5 291 Нет
PSMN1R0-30YLD 30 1,02 300 10,9 1,75 238 Нет
PSMN1R2-30YLD 30 1,24 100 9,1 1,7 194 Нет
PSMN1R3-30YL 30 1,3 100 9,3 1,7 121 Нет
PSMN1R4-30YLD 30 1,42 100 8,5 1,7 166 Нет
PSMN1R5-30YLC 30 1,55 100 8,6 1,51 179 Нет
PSMN1R7-30YL 30 1,7 100 8,7 1,7 109 Нет
PSMN2R0-30YLD 30 2 100 6,3 1,7 142 Нет
PSMN2R2-30YLC 30 2,15 100 8 1,49 141 Нет
PSMN2R4-30YLD 30 2,4 100 5,3 1,7 106 Нет
PSMN2R5-30YL 30 2,4 100 6,5 1,7 88 Нет
PSMN2R6-30YLC 30 2,8 100 5,5 1,54 106 Нет
PSMN3R0-30YLD 30 3,1 100 4,5 1,7 91 Нет
PSMN3R2-30YLC 30 3,5 100 4,1 1,53 92 Нет
PSMN3R5-30YL 30 3,5 100 45 1,7 74 Нет
PSMN4R0-30YLD 30 4 95 2,9 1,74 64 Нет
PSMN4R1-30YLC 30 4,35 92 3,5 1,58 67 Нет
PSMN4R5-30YLC 30 4,8 84 2,85 1,54 61 Нет
PSMN5R0-30YL 30 5 91 3,8 1,7 61 Нет
PSMN6R0-30YLD 30 6 66 2,1 1,83 47 Нет
PSMN6R1-30YLD 30 6 66 1,7 1,68 47 Нет
PSMN7R0-30YLC 30 7,1 61 2,5 1,58 48 Нет
PSMN7R5-30MLD 30 7,6 57 1,7 1,7 45 Нет
BUK7Y3R5-40E 40 3,5 100 16,2 3 167 Да
BUK7Y4R4-40E 40 4,4 100 13 3 147 Да
BUK7Y7R6-40E 40 7,6 79 8,2 3 94,3 Да
BUK9Y3R0-40E 40 2,5 100 10,7 1,7 194 Да
BUK9Y3R5-40E 40 3,6 100 8,6 1,7 167 Да
BUK9Y4R4-40E 40 3,7 100 8,7 1,7 147 Да
BUK9Y7R6-40E 40 6 79 5,5 1,7 95 Да
PSMN1R0-40YLD 40 1,1 100 17 1,7 198 Нет
PSMN1R4-40YLD 40 1,4 100 13 1,7 238 Нет
PSMN1R6-40YLC 40 1,55 100 15,3 1,46 288 Нет
PSMN1R8-40YLC 40 1,8 100 10,9 1,45 272 Нет
PSMN2R6-40YS 40 2,8 100 14 3 131 Нет
PSMN3R3-40YS 40 3,3 100 11,2 3 117 Нет
PSMN4R0-40YS 40 4,2 100 7 3 106 Нет
PSMN5R8-40YS 40 5,7 90 7,8 3 89 Нет
PSMN8R3-40YSS 40 8,6 70 4,5 3 74 Нет
BUK7Y4R8-60E 60 4,8 100 22,2 3 238 Да
BUK7Y6R0-60E 60 6 100 12,1 3 195 Да
BUK7Y7R2-60E 60 7,2 100 15,8 3 167 Да
BUK9Y4R8-60E 60 4,1 100 18,1 1,7 238 Да
BUK9Y8R7-60E 60 7,5 86 9,7 1,7 147 Да
PSMN5R5-60YS 60 5,2 100 11,2 3 130 Нет
PSMN7R0-60YS 60 6,4 89 9,6 3 117 Нет
PSMN011-60ML 60 11,3 61 5,1 1,7 91 Нет
PSMN012-60YS 60 11,1 59 6,4 3 89 Нет
PSMN030-60YS 60 24,7 29 3 3 56 Нет
BUK7Y7R8-80E 80 7,8 100 17 3 238 Да
BUK7Y9R9-80E 80 9,9 89 14,4 3 195 Да
BUK9Y8R5-80E 80 8 100 17,1 1,7 238 Да
BUK9Y11-80E 80 10 84 13,2 1,7 194 Да
PSMN8R2-80YS 80 8,5 82 12 1,7 130 Нет
PSMN013-80YS 80 12,9 60 8 3 106 Нет
PSMN018-80YS 80 18 45 6 3 89 Нет
BUK7Y12-100E 100 12 85 21 3 238 Да
BUK7Y38-100E 100 38 30 11,3 3 95 Да
PSMN059-150Y 100 11,9 85 24 1,7 238 Да
BUK9Y19-100E 100 18 56 14,1 1,7 167 Да
PSMN013-100YSE 100 13 82 26 3 238 Нет
PSMN059-150Y 150 59 43 9,1 3 113 Нет
PSMN102-200Y 200 102 21,5 10,1 3 113 Нет

Область применения MOSFET‑транзисторов:

  • DC/DC-преобразователи, синхронные выпрямители, понижающие/повышающие конверторы, блоки управления электродвигателями, блоки управления подачей топлива для автозаправочных станций, системы безопасности железнодорожного транспорта, электронные балласты для люминесцентных и компактных люминесцентных ламп, зарядные устройства и блоки питания;
  • бытовая электроника – мобильные и бытовые телефоны, компьютеры, ноутбуки и блоки питания к ним, MP3- плееры и мобильные плееры, цифровые видеокамеры, схемы защиты Li-ion батарей, set-top-box, схемы управления вращением кулеров, кондиционеры, модули управления лазерными приводами, блоки управления холодильниками, стиральными машинами, пылесосами;
  • автомобильная электроника – генераторы и стартеры переменного тока, электронные модули рулевого управления, электронасосы топлива и воды, турбокомпрессоры, модули управления стеклоподъемниками, стеклоочистителями, зеркалами, системы ABS, ESP, EBD, автоматизированные коробки передач, модули DC/DC-преобразователей, регуляторы положения сидений, системы отопления, вентиляции, кондиционирования, система активной подвески.

На основании рассмотренных преимуществ MOSFET производства компании NXP Semiconductors можно сделать выводы, что, в сравнении с продукцией других производителей, они наиболее эффективны для использования в различных силовых системах электроники и наиболее пригодны для использования в особо важных системах безопасности автомобильного и железнодорожного транспорта.

Заявка на получение образцов

Вы можете получить образцы микросхем под разработку ваших устройств.
Для этого заполните ниже форму заявки.

Организация
Название организации
Неверный Ввод
Почтовый адрес
Неверный Ввод
Телефон организации
Неверный Ввод
Контактное лицо
Ф.И.О. (*)
Заполните, пожалуйста, поле
E-mail (*)
Заполните, пожалуйста, поле
Моб.телефон (*)
Заполните, пожалуйста, поле
Дополнительные вопросы
Наберите символы с картинки

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку своих персональных данных