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La creciente necesidad de electrónica de alto voltaje (por ejemplo, en centros de datos y vehículos eléctricos) ha redefinido lo que los EE necesitan de un componente integral, el FET. Por ejemplo, las aplicaciones de alta potencia han creado una gran demanda de FET con el menor RDS (encendido) posible para su uso como interruptores de carga.
Reducir el RDS (activado) ayuda a minimizar el consumo de energía en forma de pérdidas de infrarrojos, un hecho que ha despertado un gran interés en los semiconductores de banda ancha.

Se están estudiando semiconductores de banda ancha para aplicaciones de alta potencia y alta frecuencia. Imagen utilizada por cortesía de Texas Instruments

Aún así, los problemas no terminan aquí. La electrónica de alto voltaje presenta otro desafío importante para los FET como interruptores de carga: protección de corriente inversa. Diodes Incorporated busca abordar esta preocupación con su producto más nuevo: un FET de potencia de canal p diseñado con un "verdadero bloqueo de corriente inversa".

Interruptores de carga en electrónica de alto voltaje

En aplicaciones de alto voltaje, los diseñadores deben encontrar la manera de ahorrar energía de cualquier forma que puedan. Una de las formas en que se logra esto es mediante la implementación de interruptores de carga en los circuitos.
Los interruptores de carga son simplemente un medio para conectar o desconectar una carga de un riel de voltaje según sea necesario, asegurándose de que una carga no consuma energía cuando no se esté utilizando. Esto generalmente se implementa con uno o dos MOSFET entre un riel de voltaje y una carga, controlado por una señal lógica externa.

Ejemplo de un circuito de interruptor de carga. Imagen utilizada por cortesía de ON Semiconductor

En el circuito de ejemplo anterior, el interruptor de carga PMOS está polarizado por R1, de modo que cuando la señal de habilitación es baja, el PMOS está apagado, lo que significa que VIN y VOUT están aislados entre sí. Cuando la señal de habilitación sube, la puerta del PMOS se conecta a tierra, conectando efectivamente la carga en VOUT al riel de voltaje en VIN.

Desafíos de alto voltaje

Con una comprensión de cómo se ven estos circuitos, podemos comprender cómo las aplicaciones de alto voltaje pueden crear desafíos adicionales.
En referencia al circuito de ejemplo, a medida que aumentan los voltajes (y posteriormente las corrientes), el mismo FET de paso consumirá más energía en el mismo RDS (encendido). Este desafío de energía ha inspirado grandes inversiones en una nueva generación de FET con menor resistencia en el canal para disminuir el consumo de energía en este tipo de aplicaciones.

Mecanismo de corriente inversa en una aplicación de conmutador de paso. Imagen utilizada por cortesía de ROHM Semiconductor

Otro desafío en las aplicaciones de alto voltaje es la corriente inversa. Debido al diseño físico de un MOSFET, existe un diodo parásito entre el drenaje del dispositivo y el terminal de la fuente. Por lo tanto, si VOUT alguna vez se vuelve más grande que VIN, este diodo parásito se polariza hacia adelante y causa una gran corriente de corriente de VOUT a VIN conocida como corriente inversa.
La corriente inversa se ha convertido en una preocupación mayor en estas aplicaciones, ya que los voltajes más altos conducen a corrientes inversas más altas, lo que podría resultar catastrófico para los sistemas eléctricos.

Visión de Diodes Incorporated del verdadero bloqueo de corriente inversa

Para abordar ambos problemas, Diodes Incorporated ha lanzado un nuevo producto esta semana: un FET de canal p diseñado específicamente para aplicaciones de conmutación de paso de baja potencia.
El nuevo FET, llamado AP22916, presenta un RDS reducido (encendido) de 60 miliohms a 5 V, una corriente de reposo de 0.5 µA, así como una característica llamada "bloqueo de corriente inversa verdadero" (TRCB).

Diagrama de bloques funcional del AP22916. Imagen utilizada por cortesía de Diodes Incorporated

Según Toshiba, TRCB se diferencia del bloqueo de corriente inversa convencional porque TRCB bloquea el flujo de corriente inversa cuando el interruptor de carga está habilitado o deshabilitado, mientras que las técnicas convencionales solo protegen cuando el interruptor de carga está deshabilitado.
Diodes Incorporated afirma que esto se implementa en su nuevo interruptor por medio de un comparador interno de voltaje inverso, que compara VIN y VOUT en todo momento y permite un bloqueo de corriente inversa "verdadero".

Encontrar un lugar en aplicaciones portátiles

Con un RDS (encendido) más bajo que las soluciones anteriores y TRCB incorporado, el nuevo producto de Diodes Incorporated puede ser una solución útil para los ingenieros que diseñan en campos de alta potencia.

Circuito de aplicación típico del AP22916. Imagen utilizada por cortesía de Diodes Incorporated

Empaquetado en una casa a escala de chip (0,78 mm x 0,78 mm x 0,45 mm), el AP22916 parece ofrecer una alta densidad de potencia en aplicaciones portátiles que van desde dispositivos móviles, wearables y dispositivos GPS, entre otros.

Imagen destacada utilizada por cortesía de Diodes Incorporated