أخبار التكنولوجيا

إحداث ثورة في إلكترونيات الطاقة باستخدام تقنية Infineon 600 V CoolMOS™ 8 من الجيل التالي من تكنولوجيا السيليكون MOSFET



في عالم الإلكترونيات الذي يتطور بسرعة، فإن البحث عن مكونات أكثر كفاءة وقوة وصغيرة الحجم لا ينتهي أبدًا. بالنسبة للجيل القادم من الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) المصنوعة من السيليكون، يتم بذل جهود بحث وتطوير كبيرة لإعادة تحديد معايير تكامل النظام لتحسين كثافة الطاقة وكفاءتها في مجموعة واسعة من تطبيقات إلكترونيات الطاقة.

وفي Infineon، أتت هذه الجهود بثمارها مع تقديم CoolMOS™ 8، وهي تقنية MOSFET متقدمة مزودة بصمام ثنائي متكامل سريع الجسم مستعد لتقديم فوائد لا مثيل لها للمصممين والمهندسين. وتعزز هذه التكنولوجيا محفظة إنفينيون الحالية من تقنيات أشباه الموصلات واسعة النطاق ومن المقرر أن يكون لها تأثير بعيد المدى في قطاعات تتراوح من مراكز البيانات والطاقة المتجددة إلى الإلكترونيات الاستهلاكية.

لذلك دعونا نلقي نظرة على أصول CoolMOS™ 8 قبل التركيز على ميزاته وفوائده الأساسية. كولموس™ 8 هي تقنية السيليكون MOSFET من الجيل التالي من Infineon، والمصممة لتحل محل السلسلة الحالية من CoolMOS™ 7 منتجات لإمدادات الطاقة ذات وضع التبديل المنخفض إلى العالي الطاقة (SMPS). الغرض منه هو تعزيز CoolGaN™ و كول سيك™ عائلات من تقنيات أشباه الموصلات واسعة النطاق. ستمكن هذه المحفظة المتنوعة المصممين من معالجة جميع أنواع تطبيقات إلكترونيات الطاقة. كولموس™ 8 يستهدف الأسواق الاستهلاكية والصناعية؛ لذلك، قامت Infineon عمدا بعدم تأهيل الأجهزة في هذه السلسلة لاستخدامها في تطبيقات السيارات. سيظل مصممو هذه التطبيقات قادرين على الاعتماد على CoolMOS الراسخ™ 7 أجهزة مؤهلة للسيارات.

يأتي الابتكار مع دمج صمام ثنائي سريع للجسم في جميع الأجهزة عبر CoolMOS™ سلسلة 8، تمكن المصممين من استخدام عائلة MOSFET واحدة لجميع الهياكل الرئيسية في الأسواق المتنامية. 600 فولت كولموس™ ستوفر محفظة 8.8 تفاصيل رائعة، مع توفير الأجهزة في البداية في حزم التبريد من خلال الفتحات، والتركيب على السطح، والجانب العلوي (TSC). بالإضافة إلى ذلك، كولموس™ تتمتع 8 دوائر MOSFET بقدرة أعلى على التعامل مع التيار مقارنة بأقرب جهاز منافس وأصغر جهاز في العالم رDS (على) × منطقة.

ولكن ماذا يعني هذا بالنسبة للمصممين والمهندسين؟ في نهاية المطاف، CoolMOS™ سوف يعمل الإصدار 8 على تبسيط اختيار الأجزاء إلى حد كبير لعملاء Infineon من خلال تقليل عدد المنتجات بأكثر من 50% مقارنةً بنظام CoolMOS المتوفر™ 7 بعد الطرح النهائي في القطاعين الاستهلاكي والصناعي. في كولموس™ 7، يمكن التعرف على الأجهزة ذات الصمام الثنائي السريع للجسم من خلال تضمين “FD” في أسمائها. جميع المنتجات في CoolMOS™ ستحتوي السلسلة 8 على صمام ثنائي سريع للجسم (بغض النظر عن RDS (على)value)، مما يعني أن اصطلاح التسمية السابق لن يكون مطلوبًا بعد الآن.

متاح 600 فولت CoolMOS™ 8 عروض المنتجات (2024)

الميزات الأساسية لـ CoolMOS™ 8

الآن بعد أن قمنا بمراجعة بعض الخلفية والمبرر المنطقي لتطوير المنتج، دعونا نلقي نظرة على بعض الميزات الأساسية لـ CoolMOS™ 8. يتضمن ذلك أداء الصمام الثنائي السريع الأفضل في فئته للطبولوجيا الرنانة، وتقنية التوصيل البيني المتقدمة وخيارات التغليف المبتكرة التي تستخدم TSC.

كولموس™ تحتوي تقنية 8 على نسبة E أقل بنسبة 10%oss و50% أقل Coss مقارنة مع الأجهزة المماثلة في CoolMOS™ 7 سلسلة. لتحسين الأداء الحراري، استخدم CoolMOS™ توفر 8 أجهزة أيضًا مقاومة حرارية أقل بنسبة 14% على الأقل من CoolMOS™ 7. لقد أصبح هذا ممكنًا من خلال استخدام تقنية اللحام الخاصة بشركة Infineon (.XT)، والتي تعمل على تحسين التوصيل الحراري عند توصيل شريحة السيليكون بإطار الرصاص. تؤدي هذه الفوائد إلى تحسين كفاءة CoolMOS™ 8 مقارنة مع CoolMOS™ 7.

مقارنة الكفاءة النسبية في مرحلة (3.3 كيلوواط) LLC ومرحلة (2.5 كيلوواط) PFC

كولموس™ تستفيد 8 MOSFETs أيضًا من التغليف ThinTOLL 8 × 8 المبتكر، والذي يوفر أداءً محسنًا مقارنةً بـ ThinPAK 8 × 8 (الذي يحتفظ بتوافق الدبوس). تتيح هذه الحزمة ذات المساحة الصغيرة كثافة طاقة عالية وتستفيد بشكل كامل من تقنية التوصيل البيني المتقدمة لتحسين الأداء الحراري. على الرغم من صغر حجم عامل الشكل، فإن معدل فشل دورة درجة الحرارة على اللوحة لـ ThinTOLL يتطابق بشكل وثيق مع الأجهزة المعبأة في TOLL، كما أنه يوفر أداء عامل متطابق تقريبًا.

مقارنة أبعاد ThinTOLL 8 × 8 الجديدة مقابل ThinPAK 8 × 8

يتيح تطور التغليف هذا إمكانية التجميع بكميات كبيرة وتحسين تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالإضافة إلى سهولة فحص اللحام البصري في مواقع التجميع باهظة الثمن من خلال تسهيل المعالجة التلقائية الكاملة للأجهزة ذات عدد الدبوس العالي. كولموس™ مما لا شك فيه أن الإصدار 8 سيعزز سمعة Infineon غير المسبوقة من حيث الموثوقية، والتي أدت إلى خمس حالات فشل ميدانية فقط من أكثر من 6.7 مليار جهاز تم شحنها على مدار السنوات السبع الماضية.

فوائد تكامل النظام

الفوائد التي يوفرها برنامج CoolMOS™ سيتم إثبات تكامل النظام 8 من خلال تطبيقه في التصميمات المرجعية، والتي استندت إليها Infineon على أجهزة من السلسلة. على سبيل المثال، يمكن لمقوم عالي التردد بقدرة 3.3 كيلووات وفائق الصغر أن يوفر كفاءة بنسبة 97.5% مع كثافة طاقة تبلغ 95 وات/بوصة.3، بما في ذلك عامل الشكل 1U. يتم تحقيق هذه المستويات العالية من كفاءة التشغيل وكثافة الطاقة من خلال النشر المشترك لـ CoolMOS™ 8، كول سيك™ و كولجان™ التقنيات في تصميم واحد، والتي تستفيد من البناء المغناطيسي المستوي المتكامل الجديد وتوفر تحكمًا رقميًا كاملاً في تصحيح عامل الطاقة لعمود الطوطم (PFC) ومراحل تحويل GaN LLC DC/DC نصف الجسر.

توضح لوحة التقييم المنفصلة المصاحبة بقدرة 2.7 كيلوواط وحدة إمداد طاقة عالية الكفاءة (> 96%) تم إنشاؤها باستخدام مراحل محول PFC وLLC DC/DC بدون جسر. يتم تمكين هذا التصميم عالي الكثافة للطاقة من خلال مزيج من CoolSiC™ 650 فولت وكولموس™ 8600 فولت مفاتيح. يمكن التحكم في وحدة PSU هذه رقميًا باستخدام وحدة تحكم XMC1404 (لمرحلة PFC) ووحدة تحكم XMC4200 (لمرحلة LLC) للسماح باستكشاف ترددات تحويل PFC المتغيرة لتقليل حجم المحث و/أو فقد الطاقة بشكل أكبر. أظهرت الاختبارات التي أجريت على وحدة تزويد الطاقة هذه أداءً محسنًا لكفاءة (0.1%) عند الحمل العالي، مما أدى إلى تقليل فقدان الطاقة ومكونات أكثر برودة مقارنة بالتصميم المماثل الذي تم إنشاؤه باستخدام CoolMOS™ 7 دوائر MOSFET.

عروض اللوحة التجريبية المتوفرة (2.7 كيلووات PSU و3.3 كيلووات HD/HF SMPS)

التعرف على التطبيقات الرائدة

كولموس™ 8 أجهزة مثالية لمختلف تطبيقات SMPS عبر القطاعات الصناعية والاستهلاكية. ومع ذلك، فهي مناسبة بشكل خاص للاستخدام في الأسواق النهائية الرئيسية مثل مراكز البيانات والطاقة المتجددة. في تطبيقات مراكز البيانات، CoolMOS™ سيسمح 8 للمصممين بتحقيق أهداف كفاءة الطاقة والتكلفة الإجمالية للملكية من خلال توفير أعلى كثافة طاقة ممكنة على مستوى النظام، والتي يمكن تحقيقها باستخدام مكونات السيليكون. وفي مجال الطاقة المتجددة، توافر CoolMOS™ 8 أجهزة تستخدم TSC ستساعد على تقليل حجم النظام وتكاليف الحلول.

عروض حزم DDPAK وQDPAK للتطبيقات المستهدفة

كما 600 فولت CoolMOS™ 8 لديه أيضًا R منخفض جدًاDS (على)تبلغ قيمة 7 mΩ، وهي مناسبة للسوق المتنامي لتطبيقات ترحيل الحالة الصلبة (S4)، مما يوفر بديلاً محسّنًا من حيث التكلفة لـ CoolSiC™. بالمقارنة مع المرحلات الميكانيكية، فإن مرحلات الحالة الصلبة تتحول بشكل أسرع، ولا تحتوي على تقوس اتصال أو ارتداد، وبالتالي تتمتع بعمر أطول للنظام. كما أنها مقاومة للصدمات والاهتزازات وتعمل بهدوء.

علاوة على ذلك، يمكن للمصممين تحسين نسبة السعر إلى الأداء على مستوى النظام من خلال استخدام CoolMOS™ 8 بالاشتراك مع CoolSiC™ الأجهزة. كولموس™ سيتيح 8 أيضًا تصميمات تنافسية من حيث التكلفة لصناديق الحائط من النوع 2 والمركبات الكهربائية الخفيفة وأجهزة الشحن اللاسلكية والرافعات الشوكية الكهربائية والدراجات الكهربائية وشحن الأدوات الاحترافية. وفي مجال المستهلك الأوسع، ستعمل هذه التقنية على تسهيل امتثال المنتجات النهائية لمتطلبات التفريغ الكهروستاتيكي وتمكين تصميمات أنظمة أكثر مرونة. وفي الوقت نفسه، ستساعد حزم TSC على تقليل تكاليف التجميع بشكل أكبر مع زيادة كثافة الطاقة.

أين التالي لتصميم MOSFET المتقدم؟

كولموس™ سيتم قريبًا مرافقة 8 دوائر MOSFET بجيل جديد من مشغلات البوابة، مما يمكنها من تقديم R الأمثلDS (على)الأداء في تبديل التطبيقات. هذه IceDRIVER™ سيكون لدى سائقي البوابة قدرة قيادة أحادية القطب وحزمة مناعة عابرة للوضع المشترك تزيد عن 600 فولت للمساعدة في تبسيط شهادة النظام والامتثال. الارتفاع الضيق لهذه الأجهزة سيجعلها رفيقًا مثاليًا لحزم QDPAK TSC، حتى أنها تسمح بوضعها تحت المبدد الحراري. وتخطط Infineon أيضًا للإصدار المستقبلي لـ CoolMOS™ 8 دوائر MOSFET في عدة حزم مختلفة خلال السنوات القليلة القادمة.

إدخال 600 فولت CoolMOS™ تعد تقنية MOSFET من الجيل التالي من السيليكون تطورًا مهمًا في مجال إلكترونيات الطاقة. تؤكد الميزات الرئيسية مثل الصمام الثنائي السريع المدمج وتقنية التوصيل البيني المتقدمة وخيارات التغليف المبتكرة على التزام Infineon بتوفير حلول متقدمة تلبي الاحتياجات المتطورة للمصممين والمهندسين. تتميز هذه التقنية أيضًا بأداء حراري فائق وموثوقية، كما يتضح من معدل الفشل الميداني المنخفض بشكل ملحوظ.

مثل كولموس™ تجد أجهزة 8 طريقها إلى العديد من تطبيقات SMPS، خاصة في قطاعات مثل مراكز البيانات والطاقة المتجددة، فهي تتيح تصميمات أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وصغيرة الحجم وفعالة من حيث التكلفة. وبالنظر إلى المستقبل، فإن التآزر بين CoolMOS™ توضح 8 دوائر MOSFET والجيل القادم من مشغلات البوابة نهج Infineon الشامل لتطوير تصميم MOSFET وتطبيقه. وتعزز هذه الرحلة مكانة إنفينيون في طليعة تكنولوجيا أشباه الموصلات وتضع الأساس للتطورات المستقبلية.

تفضل بزيارة الكتاب الإلكتروني للحصول على المقالة كاملة

إلكترونيات الطاقة_يونيو_2024

ظهرت المقالة التي أحدثت ثورة في إلكترونيات الطاقة باستخدام تقنية Infineon 600 V CoolMOS™ 8 من الجيل التالي من السيليكون MOSFET لأول مرة على Power Electronics News.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *