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Estos dispositivos de superjunción están clasificados para un voltaje de fuente de drenaje de 600 V y aplicaciones de conmutación de alto rendimiento objetivo.

Mi reacción inicial a la familia MDmesh DM6 de STMicro es una mezcla de interés y preocupación: interés, porque estos FET parecen ofrecer una impresionante variedad de características y capacidades; preocupación, porque la complicada terminología en el comunicado de prensa me hace sentir como si estuviera en una clase de semiconductores de último año que me esté realizando una prueba para la cual no estoy adecuadamente preparado.

Los MmSFET DM6 de MDmesh son dispositivos de superjunción de recuperación rápida que tienen una alta capacidad de dV / dt y una mejor resistencia en el estado en comparación con los dispositivos de la "generación anterior" (creo que esto se refiere a la serie M6, mientras que los nuevos dispositivos están en la reSerie m6).

A ver si podemos desempacar algo de esta información.

¿Qué es un superjunction MOSFET?

Si realmente quieres sumergirte en el mundo de la tecnología de superjunciones, te recomiendo esta nota de aplicación de Vishay. Si solo está buscando información básica, siga leyendo.

La típica representación lateral de un MOSFET que probablemente haya visto en los libros de texto corresponde a un MOSFET "plano". La estructura de un superjunction MOSFET es bastante diferente. En lugar de un área dopada individual debajo de los terminales de la fuente y el drenaje, un superfunción MOSFET tiene una "columna" dopada. El siguiente diagrama muestra la diferencia entre los dos diseños.

Estos diagramas fueron tomados de una nota de aplicación publicada por Vishay Siliconix. Como habrás adivinado, Vishay también vende FET de superjunción.

A pesar del hecho de que la configuración física de un MOSFET suele representarse de acuerdo con la estructura plana, los dispositivos de superjunción se utilizan ampliamente en aplicaciones de conmutación de alta potencia porque ofrecen una menor resistencia en el estado y una carga de compuerta reducida.

¿Cómo puede un MOSFET ser de "recuperación rápida"?

Si cree que las características de recuperación suelen estar asociadas con diodos en lugar de FET, tiene razón y, de hecho, la serie DM6 se describe como recuperación rápida porque los dispositivos incluyen un diodo de recuperación rápida.

Diagrama tomado de la hoja de datos de uno de los dispositivos DM6.

Mi entendimiento es que, como regla general, no puede confiar en el diodo interno de un MOSFET para suprimir el retroceso inductivo. Sin embargo, en el caso de los dispositivos DM6, STMicro espera que el diodo del cuerpo se utilice para este propósito.

Tiempo de recuperación

Además de cumplir los requisitos típicos para un diodo de rueda libre en aplicaciones de conmutación inductiva, el diodo de cuerpo DM6 está destinado a mejorar la eficiencia del circuito en general.

Diagrama tomado de la página del producto DM6. T_RR es el tiempo de recuperación inversa, y Q_rr Es la carga de recuperación inversa.

Los diodos ideales conducen la corriente en una sola dirección, pero los diodos reales tienen algo que se llama recuperación inversa. Puede leer más sobre la recuperación inversa en este artículo. La conclusión es que cuando ocurre un evento de conmutación, la corriente que fluye a través del diodo no disminuye exactamente a cero amperios y luego permanece a cero amperios. Más bien, se sobrepasa en la región negativa antes de establecerse en una condición de corriente cero.

Esta corriente inversa fluye cada vez que el circuito cambia, y si el sistema requiere una conmutación frecuente, toda esta recuperación inversa se sumará a una cantidad no trivial de energía desperdiciada. Por lo tanto, para aumentar la eficiencia del circuito, podemos usar un diodo de rueda libre con una carga de recuperación inversa más baja (como se muestra en el diagrama).

Protección Zener

Es posible que haya notado algo inusual en el diagrama de componentes que se muestra arriba. Además del MOSFET y del diodo del cuerpo, el dispositivo tiene diodos Zener consecutivos entre la puerta y la fuente.

En realidad, no estoy seguro de lo inusual que es esto en el contexto de los MOSFET de potencia de alto rendimiento, pero en mi mundo de bajo voltaje no espero ver los diodos Zener incluidos en un paquete MOSFET. Estos diodos Zener integrados brindan protección contra golpes ESD y transitorios de voltaje. Podría lograr lo mismo con componentes externos, pero esto le ahorra un poco de trabajo de diseño.

Los peligros del cambio de voltaje

STMicro describe que los dispositivos DM6 tienen una “resistencia extremadamente alta de dV / dt”. El término dV / dt es una abreviatura basada en notación de cálculo para el cambio de voltaje con respecto al tiempo. Más específicamente, se refiere al cambio en el voltaje de la fuente de drenaje de un MOSFET con respecto al tiempo.

Si la tasa de cambio de la tensión de la fuente de drenaje supera las capacidades del dispositivo, el MOSFET puede comenzar a conducir (es decir, cuando se supone que no debe hacerlo). Esto es malo en sí mismo, y la situación puede llevar a un grave fracaso. Los dos dispositivos DM6 que verifiqué tenían un índice de resistencia de dV / dt de 100 V por nanosegundo. Esto parece bastante bueno, pero honestamente no paso mucho tiempo mirando las hojas de datos de MOSFET, por lo que no estoy seguro de cómo se compara este número con los dispositivos más nuevos de otros fabricantes.

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Si tiene una amplia experiencia con aplicaciones de conmutación de alta potencia, sería fantástico escuchar sus ideas sobre qué funciones de MOSFET son particularmente valiosas. Puedes compartir tus pensamientos en la sección de comentarios a continuación.