Main menu

Account

ログイン

新規登録

myInfineonのメリット

マイダッシュボード

通知

ブックマーク

My Case

myICP

プロファイルセンター

ログアウト
Account

ログイン

新規登録

myInfineonのメリット

マイダッシュボード

通知

ブックマーク

My Case

myICP

プロファイルセンター

ログアウト

OptiMOS™ 6 100 V

高スイッチング周波数アプリケーションの新たな業界標準を確立

OptiMOS™ 6 100V MOSFETテクノロジー

設計効率を次のレベルに引き上げます

定評のあるOptiMOS™ 5との比較においても、インフィニオンのすぐれた薄型ウェーハ技術は性能を大幅に向上させます。

R_DS(on)を18%減少
FOM Q_g x R_DS(on) が29%向上し、FOM Q_gd x R_DS(on) が42%向上
広い安全動作領域 (SOA)

インフィニオンのOptiMOS™ 6パワーMOSFET 100 Vファミリーは、スイッチモード電源 (SMPS) をはじめ、ソーラー、電動工具、バッテリーマネージメントシステムなどのアプリケーションを対象としています。性能の向上により効率が向上し、熱設計が容易になり、並列化が少なくなることでシステムコストの削減につながります。

設計効率を次のレベルに引き上げます

適切なMOSFETの選び方

OptiMOS™ 6 100 Vは、 OptiMOS™ 5および OptiMOS™ 3とともにインフィニオンの産業用ポートフォリオを完成させる最新のパワー MOSFET技術です。これらのテクノロジーは、高性能アプリケーション、業界最高の性能指数、高効率、電力密度をお探しの場合に最適です。

異なるOptiMOS™テクノロジー世代から、最適な製品を選択する方法

OptiMOS™ 3は、第1世代の100 V OptiMOS™ MOSFETです。R_DS(on)とスイッチング性能の間に大きなトレードオフがある設計に推奨されます。

一方、 OptiMOS™ 5は価格/性能比に優れたソリューションと考えられており、高電力密度を実現する、きわめて革新的なソリューション (ソースダウンPQFN 3.3x3.3) や大電流容量 (TOLx ファミリー) のパッケージなど、幅広いパッケージで提供されていす。

最後に、OptiMOS™ 6は、R_DS(on)範囲の選択肢が広がり、低スイッチング損失および高電力密度を実現する性能指数を備えています。OptiMOS™ 6の幅広いポートフォリオにより、クラス最高の製品と価格性能比のソリューションから選択することができます。

OptiMOS™とStrongIRFET™の選び方は?

StrongIRFET™ は、幅広いアプリケーションに対応します。このファミリーは、優れた価格性能比、使いやすさ、および販売パートナーでの幅広い可用性のために最適化されています。OptiMOS™とStrongIRFET™の主な違いは、技術性能と信頼性にあります。

StrongIRFET ™は、JEDECに従って標準アプリケーションとして認定されています。OptiMOS™ファミリーは、JEDECに準拠した産業アプリケーション向けの完全な認定を受けており、追加のポストストレス電気テスト、製品変更通知ウィンドウの延長、顧客固有の要求などの特別なカスタマーサポートを利用できます。

性能指数: ゲート電荷(Qg)およびRDS(on)

ドレイン-ソースオン抵抗 RDS(on)

R_DS(on)は、MOSFETの重要なパラメーターの1つであり、ドレイン端子とソース端子の間で測定されるオン状態の抵抗を示します。

R_DS(on)値を低減すると、次のような利点が得られます。

導通損失の低減
部品の並列化を減らすか回避し、コストとPCBスペースを節約

電力密度の向上につながります！

OptiMOS™ 6 100 Vテクノロジーは、最高クラスの製品であるISC022N10NM6とSuperSO8パッケージのOptiMOS™ 5 (BSC027N10NS5) の比較において、R_DS(on) を約20%低減しています。

OptiMOS™ 6によるオン抵抗の改善により、同じRDS(on)で、より小型のパッケージ (PQFN 3.3x3.3) への移行が可能となり、高電力密度を実現します。

ゲート電荷(Qg)

総ゲート電荷 (Q_g) は、特定の条件でMOSFETをオン(駆動)するためにゲートに供給する必要がある電荷の量です。Q_g という小さな値は、駆動損失に直接影響するため、高スイッチング周波数のアプリケーションでは非常に望ましいです。

ゲート-ドレイン電荷Q_gd は、ドレイン電圧遷移を完了するために必要なミラープラトー伸長に関連するゲート電荷の一部を表します。同じ駆動回路の場合、Q_gd が低いほど電圧過渡が速くなり、スイッチング損失が小さくなります。これは、スイッチング損失が重要な役割を果たす高スイッチング周波数のハードスイッチSMPSでは最も重要です。

同じR_DS(on) が2.7mΩで、SuperSO8パッケージのデバイスに焦点を当てると、新しいOptiMOS™ 6 100Vは、OptiMOS™ 5と比較して総ゲート電荷が35%減少すると同時に、ゲート-ドレイン電荷が45%低く、スイッチング損失に対応する利点があります。

graph-gate-charge-characteristics-comparison-optimos-5-and-6-v01-00.jpg

性能指数 (FOM)

MOSFETの「性能指数」(FOM)は、導通損失とスイッチング損失の両方に対する技術の性能指標です。FOMは、オン抵抗 (R_DS(on)) × 総ゲート電荷 (Q_g)で計算され、通常はmΩ x nCで表されます。
なぜ性能指数が技術評価の重要なパラメーターなのですか?

R_DS(on)は導通損失の尺度であり、一方、総ゲート電荷Q_gは駆動損失とスイッチング損失の一部の両方に影響を与えます。総損失を最小化するためには、R_DS(on) とQ_g の両方を最小化する必要があります。

すべての技術について、FOM =R_DS(on) x Q_gは与えられた数値であり、FOMも改善しない限り、電荷に影響を与えずにR_DS(on) を改善することはできません。

OptiMOS™ 6 100 Vは、OptiMOS™ 5 100 Vと比較してFOMが最大30 %大幅に改善されています。つまり、同じR_DS(on)の場合、OptiMOS™ 6 100 VはOptiMOS™ 5 100 Vと比較してQ_g が30%低くなります。

FOMと同様に、ゲートドレイン電荷性能指数(FOM_gd )は、導通損失とスイッチング損失の両方を考慮した技術の性能指標です。FOM_gd は、オン抵抗(R_DS(on))×ゲートドレイン間電荷 (Q_gd) として計算され、通常はmΩ x nCで表されます。

なぜFOMgdは技術評価の重要なパラメーターなのですか?

R_DS(on)は導通損失の尺度であり、ゲート-ドレイン電荷Q_gdはスイッチング損失(特にターンオフ時)に影響を与えます。総損失を最小化するためには、R_DS(on)とQ_gの両方を最小化する必要があります。

OptiMOS™ 6 100 Vは、OptiMOS™ 5 100 Vと比較して、FOM_gd が最大42 %大幅に改善されています。つまり、同じR_DS(on) の場合、OptiMOS™ 6 100 V は OptiMOS™ 5 100 V と比較して Q_gd が 42% 低くなります。

OptiMOS™ 6 100 V の概要

トポロジーとアプリケーション

infographic-overview-optimos-6--topologies-and-applications-v01-00.jpg

アプリケーション例

OptiMOS™ 6 100 Vは、高スイッチング周波数アプリケーション (通信機器、サーバー、充電器、アダプター、テレビなど) に対応するのを主な目的として設計されています。

モーター制御とソーラーアプリケーションの詳細については、このテクノロジーがもたらすすべての利点をご覧ください。

ソフトスイッチングトポロジー

ソフトスイッチング - 効率とデルタ損失の比較

ソフトスイッチングは、スイッチがオンまたはオフになる前に電圧または電流がゼロになったときに発生します。これには、総スイッチング損失の低減などの利点があります。ソフトスイッチングは、通常、共振コンバーターの特長です。場合によっては、ハードスイッチのPWMトポロジーでもソフトスイッチングを実現することが可能であり、1つのアプローチは、制御MOSFETのソフトスイッチングを可能にする補助回路を導入し、他の方法で失われたエネルギーを回復し、効率を向上させることです。

可能なアプリケーションは、ZVS反転昇降圧 -(36...60) Vから12 V DC-DCコンバーターです。このトポロジーでは、アクティブクランプ回路がSRスイッチから出力に向かってQ_rrを無損失で回復し、制御スイッチのZVSを達成します。

このアプリケーションでは、新たにリリースされたOptiMOS™ 6テクノロジー (ISC022N10NM6) の最高クラスの製品を、SuperSO8 (PQFN 5x6) パッケージのOptiMOS™ 5 (BSC027N10NS5)と比較しました。その結果、OptiMOS™ 6は2.2 mΩで、OptiMOS™ 5の2.7 mΩ製品との比較において、すべてのラインおよび負荷条件で約1%の効率向上を達成しました。

こうした効率の向上は、以下のような要素の協働として説明できます。

Q_gが約20% (typ) 低下したことにより、駆動損失が減少
Q_GD値の低下によるターンオフ時の損失の低減 – 40%弱の改善
R_DS(on)が18%低下したことによる導通損失の低減

効率の向上により、総損失が7 W減少し、非常に顕著な改善により、熱管理が容易になり、電力密度が向上します。ISC022N10NM6は、100 VのSuperSO8 (PQFN 5x6) パッケージの市場で入手可能な最も低いR_DS(on) を表しています。

ハードスイッチングトポロジー: テレコムクォーターブリック中間バスコンバーター

ハードスイッチングは、トランジスタのオン/オフの切り替え時に電圧と電流が重なると発生します。

ターンオフ時にはV×Iクロスオーバー損失が主な損失要因となり、ターンオン時にはQ_oss関連損失 (出力容量に蓄えられた電荷による) が主な損失要因となります。

高スイッチング周波数のSMPSでは、スイッチング損失が総損失のかなりの部分を占めています。ターンオフ時の損失は、ゲートからドレインへの電荷量Q_gdを小さくすることで、電圧遷移が速くなります。ターンオン損失は、出力電荷Q_ossの値を低くすることで最小限に抑えられます。

OptiMOS 6™ (6 mΩ) と OptiMOS 5™ (5 mΩ) の絶縁型 DC-DC 1 次側における効率の比較

OptiMOS™ 6 100 Vは、FOM_gd およびFOM_ossの優れた性能指数を示しており、従来の技術と比較して大幅な効率向上を実現します。テレコムクォーターブリック250 kHz、600 W 48 Vin/12 Voutフルブリッジ/フルブリッジにおいて、ISC060N10NM6 (6 mΩ) は、BSC050N10NS5 (5 mΩ) と比較して、最大+0.4%の効率向上と低温化を達成しました。これにより、システムの信頼性が向上し、システムコストの低減につながります。

SuperSO8 OptiMOS™ 6 と OptiMOS™ 5 100 V の 2.7 mΩ の絶縁型 DC-DC 2 次側での効率比較

250kHz、600Wのテレコムクォーターブリック48 Vin/12 Voutフルブリッジとセンタータップ整流器を使用して、2次側の2.7mΩ 100V SuperSO8 MOSFETを比較しました。

ISC027N10NM6はBSC027N10NS5に比べて効率が0.46%向上し、損失を約3 W削減しています。

これにより、全負荷時の温度差が~12°Cという劇的な温度改善が直接的に実現し、熱設計が容易になり、寿命が最大75%*向上します。

*推定値です。信頼性モデルは、GOXの故障とHTGSのドリフトを考慮しています。

バッテリー駆動のBLDCモーター駆動

ハードスイッチングコンバーターのスイッチング損失は、BLDCモーターインバーターの総損失の大部分を占めています。このため、R_DS(on) と電荷Q_g およびQ_gd との間の適切なトレードオフが必要です。

OptiMOS™ 5 (BSC027N10NS5, R_DS(on) = 2.7 mΩ) と OptiMOS™ 6 (ISC022N10NM6, R_DS(on) = 2.2 mΩ) の効率比較により、導通損失が重要な役割を果たすこのアプリケーションにおいて、OptiMOS™ 6 (ISC022N10NM6) はスイッチング損失が低く、R_DS(on) が OptiMOS™ 5 (BSC027N10NS5) よりも優れた効率を達成できたことが示されました。さらに、ターンオフ時のスイッチング損失が小さいため、新製品はOptiMOS™ 5バージョンと比較して全負荷時のケース温度が10°C低くなっています。

SuperSO8パッケージのOptiMOS™ 6パワーMOSFETは、電動工具、ガーデニングツール、ロボット、ドローンなど、効率の最適化が必要なバッテリー駆動アプリケーションに適しています。

ソーラーエネルギーシステム

ハードスイッチングコンバーターのスイッチング損失は、ソーラーパワーオプティマイザーの総損失の大部分を占めています。このため、R_DS(on) と料金のバランスをとる必要があります。パワーオプティマイザー (同期整流式降圧段)の推奨製品は、SuperSO8パッケージの100VパワーMOSFETで、R_DS(on) は5〜6mΩの範囲です。

OptiMOS™ 5(BSC050N10NS5、R_DS(on) =5mΩ)とOptiMOS™ 6(ISC060N10NM6、R_DS(on) =6mΩ)の効率比較では、R_DS(on)が18%高くても、OptiMOS™ 6(ISC060N10NM6)はOptiMOS™ 5よりもスイッチング損失が小さいため、優れた効率を達成したことが示されました。さらに、ターンオフ時のスイッチング損失が小さいため、新製品はOptiMOS™ 5バージョンと比較して全負荷時のケース温度が6°C低くなっています。