瑞萨用于电池充电器的功率MOSFET

功率mosfet应用发展趋势
功率mosfet有着各种各样的应用，如电源管理、交流-直流电源转换、直流-直流电源转换、ups、电机驱动、汽车电子、数字音频功效以及在lcd、pdp方面的应用等。不同的应用对于mosfet的工作频率和漏-源电压有不同的要求。

瑞萨开发的移动电源充电器的交流适配器，它的关键器件是用在源边的功率mosfet rjk6022dje，器件的电压可达600v。

对于用于大功率级的交流适配器，就高端的笔记本电脑来说，其功率高达90 150w。这种情形下，高的转换效率是非常重要的。为此瑞萨在设计上采用了mos同步整流器和更复杂的源边电路，这种电路在输出功率100w、整流电流7a时，效率可达90%。将mos整流器与普通sbd整流器两者在整流损耗性能上进行比较，可以看出sbd整流损耗为3.0，mos为0.61，大大少于前者。

功率mosfet除了用在充电器的交流适配器中，还用在诸如笔记本电脑系统的内部，一是用于锂离子电池块中，二是用在电脑电源的直流-直流转换，即产生多样电流电压的电路中。

按照笔记本电脑cpu内供电趋向低电压和大电流、系统趋向高功能智能化性能的基本发展趋势，系统功耗会变得很大，电流也会大大增加。这就需要交流适配器具有大功率容量。另外，锂离子电池的电流也会急剧增大。所有这些要求都需要由低功耗的功率mosfet来满足。

瑞萨mosfet开发新进展

这里来研究电源管理开关的关键参数。功率mosfet用作锂离子电池电源管理开关时，最重要的参数是漏-源之间的导通电阻rds(on)，这个电阻越小越好。从p沟道mosfet的发展进程来看，从1998年至今，该类产品已从第六代发展到第八代产品，并正在计划第九代产品，其rds(on)的值是逐渐降低的。

针对小型化的发展需要，瑞萨实施了开发2合1芯片lfpak的计划，该产品的特点是：（1）将充电和放电两部分合在一个芯片内，这样电池板可以做得更小更薄。（2）获得低的rds(on)，具体为7.5m ，以及低的热阻。

（1）超薄封装，厚度仅为0.8mm，是sop-8的54%。（2）低热阻。
以笔记本电脑电池管理为例进行说明。在锂离子电池的管理中，原来使用sop-8封装的hat1048r要用4片，现在改用lfpak封装的hat1125h只要2片。这样使得整个锂离子电池和笔记本电脑做得更小更薄。

瑞萨mosfet器件性能评估

对于高端的电源充电器也即转换充电器应用，要求功率mosfet有以下特点：（1）高效率，以便做到低耗能。（2）大电流，以便快速充电。（3）小而薄的封装，以便做到小尺寸。

从快速充电器的基本电路构成上看，电路中要用到上下两个功率mosfet，称之为上部和下部。在高端应用中，瑞萨采用上下两个n沟道管子。在中档应用中，上下两部分别采用n沟道和p沟道管子。
下面来研究与快速充电器电路有关的关键参数。最关心的是漏-源导通电阻rds(on)，与之相关重要参数有（1）低的栅-漏电荷qgd，有利于低的rds(on)；（2）低的栅极电阻rg，有利于低的qgd；（3）应该对下部的门限电压优化。

低的qgd有利于获得高的效率。这里用maxim1717实验板在频率300kh z、输出电压1.6v、输出电流10a的条件下进行测试，上部电路固定为hat20682，下部电路用3种不同ron/qgd比值的hat20682。hat20682属于d7-l类型。在最低qgd为5.0nc的情况下，效率最高。
降低栅极电阻rg有利于提高工作频率和开关损耗，仍用maxim1717实验板，测试条件为vin为12v、f为300khz和1mhz。测试结果，rg变大时，效率变低。

优化门限电压vth有两个目的，一是避免误开通，二是提高效率，降低损耗。安排上部固定为hat2168h，下部用具有三种不同vth值的hat2165h和hat2265h。实验板仍是maxim1717。测试条件是vout=1.3v、iout=10a，f=1mhz。从测试结果看，不同的vth有不同的效率曲线，需要找出一个最高效率曲线，即得到优化的vth。

1.用于快速充电器的产品性能。

2.用于快速充电器的wpak封装产品系列，其特点是超薄封装，厚度最大仅0.8mm。

3. 把上部电路和带sbd二极管的下部电路结合在一起的例子。这类复合产品的特点是：上部的mos电路是低qgd/高速切换、低ron；下部的mos电路内置有sbd二极管。封装形式可以是wpak或sop-8。其应用主要为笔记本电脑dc /dc转换，输出电流为2 3a。