了解高壓分立Si MOSFET (≥ 2 kV)

Littelfuse擁有廣泛的產(chǎn)品系列、具有競爭力的產(chǎn)品性能和先進的技術(shù)，在高壓（HV）分立Si MOSFET市場具有領(lǐng)導(dǎo)地位，特別是在1700V以上產(chǎn)品，包括電壓阻斷能力高達4700V的器件，能夠支持客戶開發(fā)需求嚴苛的應(yīng)用。

Littelfuse擁有廣泛的產(chǎn)品系列、具有競爭力的產(chǎn)品性能和先進的技術(shù)，在高壓（HV）分立Si MOSFET市場具有領(lǐng)導(dǎo)地位，特別是在1700V以上產(chǎn)品，包括電壓阻斷能力高達4700V的器件，能夠支持客戶開發(fā)需求嚴苛的應(yīng)用。
Littelfuse提供廣泛的分立HV硅(Si) MOSFET產(chǎn)品系列，具有較低的損耗、更好的雪崩特性以及高可靠性，用于日益重要的分立功率半導(dǎo)體器件。本文重點介紹Littelfuse提供的≥2 kVHV分立硅MOSFET器件。
Littelfuse分立HV Si MOSFET產(chǎn)品系列
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(yīng)用的最佳解決方案，尤其適合中壓電機驅(qū)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。
Littelfuse獨特且廣泛的分立HV硅MOSFET產(chǎn)品系列能夠承受高雪崩能量，從2000V至4700V，專門設(shè)計用于需要極高阻斷電壓的快速開關(guān)電源應(yīng)用。這些n溝道分立HV MOSFET可以采用標(biāo)準(zhǔn)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。
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(shè)計方面具有多項主要優(yōu)勢，如圖1所示。

圖1：與低壓MOSFET相比，利用Littelfuse的HV Si MOSFET構(gòu)建HV設(shè)計的主要優(yōu)勢

由于HV分立Si MOSFET的導(dǎo)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。
封裝——獨特的HV封裝和專有絕緣封裝
在高電壓和高功率應(yīng)用中，功率器件的散熱至關(guān)重要，而器件封裝會極大地影響功率器件的熱性能。Littelfuse提供獨特HV封裝和專有絕緣封裝，具有多種優(yōu)勢。IXYS-Littelfuse開發(fā)的獨特HV封裝和專有ISOPLUS?封裝能解決HV應(yīng)用中的絕緣和熱管理等關(guān)鍵問題。

圖2：Littelfuse HV封裝與標(biāo)準(zhǔn)封裝之間的差異。

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(shù)（THT）PCB的TO-247HV和PLUS247HV封裝
Littelfuse HV封裝擁有的一項重要優(yōu)勢，就是更長的爬電距離。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。與標(biāo)準(zhǔn)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，這有助于客戶在HV應(yīng)用中減少可能出現(xiàn)的電弧狀況。
電氣絕緣是HV應(yīng)用中的另一個關(guān)鍵。 Littelfuse專有絕緣分立ISOPLUS?封裝是實現(xiàn)HV設(shè)計的絕佳選擇。如圖3所示，設(shè)計采用DCB結(jié)構(gòu)，而不是通常的銅引線框架，Si晶圓焊接在上面。

圖3：Littelfuse絕緣分立封裝橫截面顯示DCB基底

與帶有外部絕緣片的非絕緣封裝相比，Littelfuse絕緣式封裝結(jié)點至散熱片路徑的整體熱阻RthJH較低，從而改善了熱性能。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。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，能在最終裝配中省去外部散熱片和附加絕緣安裝步驟，從而節(jié)省成本。
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。Littelfuse HV分立Si MOSFET提供標(biāo)準(zhǔn)封裝、HV封裝和專有絕緣封裝。

圖4：Littelfuse為HV分立Si MOSFET提供標(biāo)準(zhǔn)封裝、HV封裝和專有絕緣封裝

應(yīng)用
Littelfuse公司HV分立Si MOSFET適合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(qū)動器、UPS和HV電池應(yīng)用中之HV AUX電源。
輔助（AUX）電源的輸入通常是電源轉(zhuǎn)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。
圖5 a）HV輔助電源是較大系統(tǒng)的子系統(tǒng)，為柵極驅(qū)動單元、測量和監(jiān)測系統(tǒng)以及其他安全關(guān)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，圖5 b)所示的反激式電路較廣泛使用。

圖5：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 HV 分立Si MOSFET的另一個應(yīng)用是脈沖電源。脈沖電源用于不同的應(yīng)用中，例如醫(yī)療診斷和病患治療的基于超聲波診斷成像、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(shè)備、食品巴氏殺菌、水處理和臭氧生成等等。
脈沖電源包含在幾分之一秒內(nèi)快速釋放儲存的能量。圖6 b) 的簡圖是脈沖電源應(yīng)用示例，這些脈沖電源應(yīng)用利用HV MOSFET在短時間內(nèi)將能量從HV DC輸入電容轉(zhuǎn)移到負載。

圖6：a) 脈沖電源應(yīng)用簡圖 b) 脈沖電源應(yīng)用示例——產(chǎn)生超聲波

(作者：Littelfuse產(chǎn)品工程師Sachin Shridhar Paradkar、產(chǎn)品經(jīng)理Raymon Zhou和產(chǎn)品總監(jiān)José Padilla)