高效能电源需求催生MOSFET变革创新 英飞凌专家详解提升能效秘笈

　　环境污染、温室效应、不可再生能源日趋枯竭……这些日益威胁人类生存的难题已经使全球有识之士认识到节能减排提高能效是未来科学技术活动一项长期的任务。正如英飞凌科技奥地利有限公司全球开关电源高级市场经理Thomas Schmidt所言：“能效不仅是个时髦词汇，更是一个全球挑战！”如何应对这项挑战？各个半导体纷纷从半导体器件入手，帮助系统公司提升电源效率，这方面，英飞凌近年来动作频频，近日，英飞凌公司高调发布其最新的OptiMOS 3系列低压MOSFET，并详细讲解了如何利用创新的MOSFET来提升电源系统效率。
 
         
    
        图1英飞凌科技奥地利有限公司全球开关电源高级市场经理Thomas Schmidt：能效是一个全球性挑战！

　　Schmidt指出：“目前，包括美国、中国，欧盟、日本、新加坡、英国在内的多个国家和地区组织都出台了大量针对能效提升法规，由英特尔、Google 、戴尔、EDS、惠普、IBM、联想、微软等公司和组织发起的“电脑产业拯救气候行动计划”(Climate Savers Computing Initiative)确定了2020年减排CO2 5400万吨的目标（折合55亿美元），到2008年7月，Climate Savers Initiative组织对电源模块的采购要求100%的PC电源满足能源之星4.0的要求，到2009年6月超过20%的PC电源半负载下效率需达到85%；同时超过80%的服务器电源半负载下效率要求达到85%，超过20%的服务器电源半负载下效率需达到89%，而到了2010年，更是要求100%的1U/2U服务器电源达到89%的半负载下效率，超过20%的电源达到92%。”

        
 
                                图2：拯救气候组织能效推进计划

　　面对如此严峻的挑战，电源系统设计师如何应对？Schmidt表示，总体来看未来开关电源设计将会向三个方向发展，分别是：1、更小的外形因子，即功率密度要提升；2、更高的效率效率要达到80％乃至90％以上；3、更低的每瓦成本。针对这三个方向，他提出应对的措施是1、采用更低导通电阻器件。 2、更低损耗更快开关；3、更小封装。减小散热。

　　他表示可以通过两个措施来提升电源系统能效。他特别这对这三点解释了英飞凌OptiMOS 3系列低压MOSFET在具体电源设计中如何提升能效。

　　一、通过降低MOSFET导通电阻来提升能效，Schmidt透露英飞凌的OptiMOS 3系列低压MOSFET 40V系列有1.6m的导通电阻，OptiMOS 3 60V导通电阻3.5m，OptiMOS 3 80V系列MOSFET最低导通电阻2.5 m，这些导通电阻堪称业界最低，如何获得如此低的导通电阻？他透露：“英飞凌实际上采用的是和其他公司类似的沟道MOSFET技术，但是英飞凌在沟道的优化方面有自己的独特之处，所以可以将导通电阻降的更低。”

　　他用采用OptiMOS 2和OptiMOS 3设计的DC/DC功率转换方案进行了比较，显示采用OptiMOS 3以后，原方案的效率提升大于1％。
 
         
                                  图3  导通电阻大小对提升系统能效有显著改善

　　如何将导通电阻降低？他表示除了优化工艺外，通过先进的封装技术来提升电源效能，他能有效减低导通电阻，例如采用SS08封装的40V/60V/80V OptiMOS 3 MOSFET与标准TO封装相比，可使功率密度提升50％，导通电阻也明显降低。

　　去年年底，英飞凌获得了IR公司的DirectFET封装技术授权，但是由于目前主要是IR提供封装，所以采用DirectFET封装（英飞凌称为CanPAK封装）的OptiMOS3器件还不多，随着英飞凌马来西亚新封装厂的落成，未来采用CanPAK封装的器件会大量面市，他透露目前也有其他厂商获得了IR公司的DirectFET封装授权，所以未来采用DirectFET封装将会增多，将摆脱以前仅有一家公司供货的局面，因此，该类封装应用将走热。
 
       
                  图4 相比采用TO220封装，SS08不但有更低的导通电阻，更可以降低电感。
 
        
                            图5  导通电阻和封装技术可以有效能效

　　二、通过特定的设计提升能效

　　他表示通过替代原来电源中的元器件，也可以有效提升电源的能效，例如，用OptiMOS3替代同步整流电路中的二极管，也可以提升电源系统能效。如下图所示

       
　　                           图6  用OptiMOS 3替代二极管也可以提升能效

　　他强调用OptiMOS 3替代二极管以后，电源系统的整体效率可以提升3～5％！

　　目前，数字电源正越走越热，未来数字电源必然会获得大量应用，市场分析公司iSuppli的2007年12月份报告预测,从2007年到2011年数字电源市场的年增长率约为50%.5月14日，英飞凌科技公司最近宣布完整收购Primarion公司以进一步增强公司在电源管理应用领域的业务，Primarion公司是设计、制造和销售计算、图形和通信设备用数字电源IC的领先公司。英飞凌收购该公司，显示了英飞凌看好数字电源，并进一步巩固其电源管理供应商实力的决心。
 
        　

                                   图7 英飞凌电源管理领域增长强劲

　　另外，Schmidt透露英飞凌也在加强新材料的研究，但是目前看来，硅仍是不错的电源芯片半导体材料。

　　电源管理产业是全球竞争最激烈的领域，也是和人类未来生活息息相关关键技术，我们期待众多电源半导体供应商未来演绎出更精彩的技术！