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スーパージャンクションパワーMOSFETの性能と効率の評価 (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
マルツ最新情報 |
MAIL MAGAGINE No. 1939 2024. 11. 12 |
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スーパージャンクションパワーMOSFETの性能と効率の評価 (DigiKey社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介) |
| 「アプリケーションラボ」は、DigiKey社のご協力をいただいて、DigiKey社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。 今回は、パワーMOSFETに採用されているスーパージャンクション構造の特長とNexperia社の新しいパワーMOSFETについて解説した記事をご紹介します。 ■スーパージャンクションパワーMOSFETの性能と効率の評価 現在の電子機器のほとんどにスイッチング電源が使用されていますが、その電源にはパワーMOSFETが使用されています。そのほか、モーター制御やインバータなどにも使用され、パワーMOSFETは現代の生活に不可欠なデバイスとなっています。 パワーMOSFETの多くは、FoMを小さくするためスーパージャンクション構造を採用しています。MOSFETの性能は、ON抵抗とゲート電荷(または容量成分)の積で計算される性能指数FoM(Figure of Merit)で表します。ON抵抗はMOSFETを動作させる際のドレイン-ソース間の抵抗値で、ゲート電荷はMOSFETを駆動させる際に必要なゲートに注入する電荷量です。 ON抵抗が小さいほど電力損失が小さくなり、ゲート電荷が小さいほどスイッチングロスが少なくなるのでどちらも小さい方がよいのですが、これらは相反する関係にあります。すなわち、チップサイズを大きくするとON抵抗は小さくできますが、ゲート電荷は大きくなってしまいます。 パワーMOSFETでは、耐圧を確保するためにソースとドレイン間に厚いドリフト層を設けてあり、ゲートに電圧をかけるとドリフト層に空乏層が広がります。一般的なプレーナー構造では平面的にトランジスタを構成するため、耐圧を上げるとドリフト層が厚くなりON抵抗が大きくなります。そこで、ドリフト層を縦型のpn接合を複数並べる構造にすると空乏層は狭くなるので、耐圧を維持したままON抵抗を小さくすることが可能になります。これをスーパージャンクション構造と言います。 スーパージャンクションMOSFETを選択する際に考慮すべきもう1つの要因は、逆回復電荷(Qrr)です。これはスイッチングサイクル中に電流がMOSFETのボディダイオードを流れる際にPN接合に蓄積される電荷量です。高電圧になると電圧スパイクが発生し、さらなる損失が発生する可能性があるため、効率を向上させてスイッチング損失を最小限に抑えるためには、逆回復電荷を低くすることが重要になります。 【アプリケーションラボ】では、スーパージャンクションパワーMOSFETの特徴と逆回復電荷を低減するメリットについて解説した後、Nexperia社製のスーパージャンクションパワーMOSFETを紹介しています。 Nexperia社は、中国Wingtech Technology社の子会社です。2017年に中国国営の投資会社JAC Capitalなどが、NXP Semiconductors社のスタンダードプロダクト事業部を買収して設立された企業です。オランダのナイメーヘンに本社を置き、ディスクリート、汎用ロジック、MOSFETを主力製品にしています。 ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。
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