高效能電源需求催生MOSFET變革創新 英飛凌專家詳解提升能效秘笈

　　環境污染、溫室效應、不可再生能源日趨枯竭……這些日益威脅人類生存的難題已經使全球有識之士認識到節能減排提高能效是未來科學技術活動一項長期的任務。正如英飛凌科技奧地利有限公司全球開關電源高級市場經理Thomas Schmidt所言：“能效不僅是個時髦詞匯，更是一個全球挑戰！”如何應對這項挑戰？各個半導體紛紛從半導體器件入手，幫助系統公司提升電源效率，這方面，英飛凌近年來動作頻頻，近日，英飛凌公司高調發布其最新的OptiMOS 3系列低壓MOSFET，并詳細講解了如何利用創新的MOSFET來提升電源系統效率。
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????????圖1英飛凌科技奧地利有限公司全球開關電源高級市場經理Thomas Schmidt：能效是一個全球性挑戰！

　　Schmidt指出：“目前，包括美國、中國，歐盟、日本、新加坡、英國在內的多個國家和地區組織都出臺了大量針對能效提升法規，由英特爾、Google 、戴爾、EDS、惠普、IBM、聯想、微軟等公司和組織發起的“電腦產業拯救氣候行動計劃”(Climate Savers Computing Initiative)確定了2020年減排CO2 5400萬噸的目標（折合55億美元），到2008年7月，Climate Savers Initiative組織對電源模塊的采購要求100%的PC電源滿足能源之星4.0的要求，到2009年6月超過20%的PC電源半負載下效率需達到85%；同時超過80%的服務器電源半負載下效率要求達到85%，超過20%的服務器電源半負載下效率需達到89%，而到了2010年，更是要求100%的1U/2U服務器電源達到89%的半負載下效率，超過20%的電源達到92%。”

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??????????????????????????????? 圖2：拯救氣候組織能效推進計劃

　　面對如此嚴峻的挑戰，電源系統設計師如何應對？Schmidt表示，總體來看未來開關電源設計將會向三個方向發展，分別是：1、更小的外形因子，即功率密度要提升；2、更高的效率效率要達到80％乃至90％以上；3、更低的每瓦成本。針對這三個方向，他提出應對的措施是1、采用更低導通電阻器件。 2、更低損耗更快開關；3、更小封裝。減小散熱。

　　他表示可以通過兩個措施來提升電源系統能效。他特別這對這三點解釋了英飛凌OptiMOS 3系列低壓MOSFET在具體電源設計中如何提升能效。

　　一、通過降低MOSFET導通電阻來提升能效，Schmidt透露英飛凌的OptiMOS 3系列低壓MOSFET 40V系列有1.6m?的導通電阻，OptiMOS 3 60V導通電阻3.5m?，OptiMOS 3 80V系列MOSFET最低導通電阻2.5 m?，這些導通電阻堪稱業界最低，如何獲得如此低的導通電阻？他透露：“英飛凌實際上采用的是和其他公司類似的溝道MOSFET技術，但是英飛凌在溝道的優化方面有自己的獨特之處，所以可以將導通電阻降的更低。”

　　他用采用OptiMOS 2和OptiMOS 3設計的DC/DC功率轉換方案進行了比較，顯示采用OptiMOS 3以后，原方案的效率提升大于1％。
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????????????????????????????????? 圖3? 導通電阻大小對提升系統能效有顯著改善

　　如何將導通電阻降低？他表示除了優化工藝外，通過先進的封裝技術來提升電源效能，他能有效減低導通電阻，例如采用SS08封裝的40V/60V/80V OptiMOS 3 MOSFET與標準TO封裝相比，可使功率密度提升50％，導通電阻也明顯降低。

　　去年年底，英飛凌獲得了IR公司的DirectFET封裝技術授權，但是由于目前主要是IR提供封裝，所以采用DirectFET封裝（英飛凌稱為CanPAK封裝）的OptiMOS3器件還不多，隨著英飛凌馬來西亞新封裝廠的落成，未來采用CanPAK封裝的器件會大量面市，他透露目前也有其他廠商獲得了IR公司的DirectFET封裝授權，所以未來采用DirectFET封裝將會增多，將擺脫以前僅有一家公司供貨的局面，因此，該類封裝應用將走熱。
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????????????????? 圖4 相比采用TO220封裝，SS08不但有更低的導通電阻，更可以降低電感。
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??????????????????????????? 圖5? 導通電阻和封裝技術可以有效能效

　　二、通過特定的設計提升能效

　　他表示通過替代原來電源中的元器件，也可以有效提升電源的能效，例如，用OptiMOS3替代同步整流電路中的二極管，也可以提升電源系統能效。如下圖所示

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　　?????????????????????????? 圖6? 用OptiMOS 3替代二極管也可以提升能效

　　他強調用OptiMOS 3替代二極管以后，電源系統的整體效率可以提升3～5％！

　　目前，數字電源正越走越熱，未來數字電源必然會獲得大量應用，市場分析公司iSuppli的2007年12月份報告預測,從2007年到2011年數字電源市場的年增長率約為50%.5月14日，英飛凌科技公司最近宣布完整收購Primarion公司以進一步增強公司在電源管理應用領域的業務，Primarion公司是設計、制造和銷售計算、圖形和通信設備用數字電源IC的領先公司。英飛凌收購該公司，顯示了英飛凌看好數字電源，并進一步鞏固其電源管理供應商實力的決心。
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?????????????????????????????????? 圖7 英飛凌電源管理領域增長強勁

　　另外，Schmidt透露英飛凌也在加強新材料的研究，但是目前看來，硅仍是不錯的電源芯片半導體材料。

　　電源管理產業是全球競爭最激烈的領域，也是和人類未來生活息息相關關鍵技術，我們期待眾多電源半導體供應商未來演繹出更精彩的技術！