功率半导体——碳中和未来的重要器件

东芝电子元件及存储装置株式会社通过采用最新技术实现高性能功率半导体来加速实现各类用电设备节能,为实现未来的碳中和世界做出贡献。

什么是功率半导体?

功率半导体是通过控制电流以减少功率损耗的半导体器件。个人电脑和其他电子设备在运行时会不断断电。通过使用高性能功率半导体可以保持较低的功率损耗。高性能功率半导体不仅可以实现个人电脑的节能,还可以实现智能手机、车载应用、轨道交通和变电站的节能。我们的高性能功率半导体有助于实现未来的碳中和世界!

我们的功率半导体

我们为客户提供各种类型的功率半导体,以减少世界各地各类设备的电力损耗及浪费。

为实现脱碳社会,节能备受关注,但电力需求不断增加,因此对低功率损耗的紧凑型电源转换系统的需求正在迅速增加。因此,除了提高Si功率器件的性能外,宽带隙(WBG)半导体的引入也持续推进中。我们正在扩大Si功率器件的产品阵容并增加我们的生产设施。在WBG半导体领域,我们已将碳化硅(SiC)功率半导体商业化。 此外,我们目前正在开发氮化镓(GaN)功率半导体。

脱碳未来

尽管脱碳运动正如火如荼的进行,但对电力的需求仍在持续增长。为应对市场对具有低功耗的小型功率转换器的强烈需求,我们提高了硅(Si)器件的性能并引入宽带隙(WBG)半导体。目前我们正在扩大硅产品线并建设新的制造设施以提高产量。在我们的WBG产品阵线中,碳化硅(SiC)器件已经实现了商业化,且氮化镓(GaN)功率半导体正在开发中。

SiC功率器件
与硅(Si)相比,碳化硅(SiC)是一种具有高击穿电场、饱和电子速度和热导率的半导体材料。因此,当用于半导体器件时,与硅器件相比,它们可以实现更高的耐压、更高的开关速度和更低的导通电阻。这些特性使得其有望成为可降低功耗和缩小系统尺寸的下一代低损耗器件。
东芝GaN功率器件实现性能和易用性的平衡
一方面,为实现无碳社会,节能引起人们广泛关注,另一方面,电力需求也在不断增长。小型高效电力转换系统的需求迅速增加。不仅促进了Si(硅)功率半导体器件性能的提高,还引入了化合物功率半导体器件。我们将扩展Si功率半导体器件产品线并提高产能。在化合物半导体方面,我们的SiC(碳化硅)半导体产品已实现商业化。此外,我们正在推动GaN(氮化镓)功率器件的开发。
MOSFET
MOSFET
东芝提供采用各种电路配置和封装的低VDSS和中/高VDSS MOSFET丰富组合,其特点是高速度、高性能、低损耗、低导通电阻、小封装等。
IGBT/IEGT
IGBTs/IEGTs[注1]
绝缘栅双极晶体管(IGBT)和栅极注入增强型晶体管(IEGT)是通过与MOSFET相同的方式控制栅极和发射极之间的电压,导通和关断集电极和发射极之间电源的器件。
二极管
二极管[注2]
东芝提供丰富的二极管组合,包括高速、低损耗肖特基势垒二极管(SBD)和高速信号线用TVS二极管(ESD保护二极管)。

[注1]IEGT:栅极注入增强型晶体管
[注2]二极管:包括功率半导体以外的产品

e-Learning

您可以观看“什么是半导体?” 到“功率半导体基础”的视频。

参考设计

10kW 3-Phase AC 400V Input PFC Converter
This design is capable of supplying 10kW of power with a DC output of 750V. 3-phase AC input (312V to 528V) and employs a 3-phase totem-pole configuration using 1200V SiC MOSFETs outputs 750V DC. It is suitable for applications such as EV charging stations and various industrial equipment that use 3-phase AC power input.This reference design provides explanations of the design points, usage methods, and adjustment methods of each part of the circuit, as well as design information including circuit diagrams, board patterns, etc. which can be useful for your design.
PCB照片(示例)
1.6 kW服务器电源(升级版)
得益于东芝最新的功率器件和数字隔离器,这款1U尺寸、12 V输出的1.6 kW服务器电源在整个负载下实现了比使用相同电路拓扑的现有参考设计更高的效率。提供了电路设计和操作的设计文件和指南,可用作参考设计。
使用SiC MOSFET的3相逆变器
该参考设计提供了使用1200V SiC MOSFET的3相逆变器的设计指南、数据和其他内容。此设计驱动交流440V电机。
适用于服务器的1.6 kW LLC谐振AC-DC转换器
为了降低数据中心的功耗,服务器的总线电压越来越多地改为48 V。这是用于48 V服务器的AC-DC转换器。它配备了东芝最新一代功率MOSFET和SiC二极管,可在100 V至200 V AC输入下高效输出54.5 V DC。该参考设计提供了电路各部分的设计要点、使用方法和调整方法的说明,以及电路图、电路板图案等对您的设计很有帮助。
车载用的3 kW 48 V-12 V双向DC-DC转换器
近年来,为了减少温室气体排放,xEV(混合动力汽车和电池驱动的电动汽车)越来越受欢迎。xEV内部除了12 V电池外,还可能配备48 V电池,以减少电力损耗。该设计是一种双向DC-DC转换器,适用于具有48 V电池和12 V电池的应用。它通过使用具有低导通电阻和高散热性的东芝汽车MOSFET,实现了高效率运行。该参考设计提供了电路各部分的设计技巧、操作方法以及电路图和PCB图案等设计信息,请在设计中使用它们。
电路板外观
无绳电动工具逆变器
三相无刷直流电机驱动电路结合了六个MOSFET(TPH1R204PB、TPH2R408QM)和一个栅极驱动器(TB67Z833SFTG),实现了紧凑而高效的电机控制。它支持各种输入模式。该参考设计提供设计指南、数据和其他内容。
使用TB9103FTG的车载直流有刷电机控制电路
该参考设计提供了使用TB9103FTG的车载直流有刷电机控制电路可在半桥模式下控制两台电机,或在H桥模式下控制一台电机。可以使用板载开关或外部MCU控制电机的设计指南、数据和其他内容。
This is a picture of Gate Drive for SiC MOSFET Module.
SiC MOSFET模块的栅极驱动电路
该参考设计提供了用于驱动工业电机驱动器等功率转换设备中使用的SiC MOSFET模块的栅极。它可以通过使用外部缓冲MOSFET,以大电流驱动SiC MOSFET模块的栅极。
PCB图片(示例)
48 V总线兼容1.2 V/100 A双降压DC-DC转换器
为了降低数据中心的功耗,服务器的48 V电源越来越受欢迎。该DC-DC转换器可以将48 V总线电压高效地转换为1.2 V/100 A,供服务器上的多个设备使用。提供了电路设计和操作的设计文件和指南,可用作参考设计。
PCB照片(示例)
1.6 kW服务器电源(升级版)
得益于东芝最新的功率器件和数字隔离器,这款1U尺寸、12 V输出的1.6 kW服务器电源在整个负载下实现了比使用相同电路拓扑的现有参考设计更高的效率。提供了电路设计和操作的设计文件和指南,可用作参考设计。
多路复用器电路PCB照片示例
使用共漏极MOSFET的电源多路复用器电路
此参考设计中,在一个小型印刷电路板(PCB)上实现了具有2个输入和1个输出的电源多路复用器电路。我们现已在已开发的电源多路复用器电路参考设计中增加了使用共漏极MOSFET的应用电路。该参考电路通过将东芝多种产品线中的MOSFET栅极驱动IC和齐纳二极管等器件进行理想组合,可以实现BBM和MBB模式的切换。
使用SiC MOSFET的3相逆变器
该参考设计提供了使用1200V SiC MOSFET的3相逆变器的设计指南、数据和其他内容。此设计驱动交流440V电机。
用于USB PD的车载Buck-Boost DC-DC转换器
该参考设计提供了用于USB PD的车载Buck-Boost DC-DC转换器的设计指南、数据和其他内容。
PCB图片(示例)
采用MOSFET的3相多电平逆变器
该参考设计提供了具有5电平输出的3相多电平逆变器的设计指南、数据和其他内容。其采用150V MOSFET驱动AC 200V电机。
PCB Photo (example)
用于通信设备的1kW非隔离Buck-Boost DC-DC转换器
该参考设计提供了用于通信设备的1kW非隔离Buck-Boost DC-DC转换器的设计指南、数据和其他内容。
1.6kW T型三电平PFC电源
1.6kW T型三电平PFC电源
本参考设计提供使用T型三电平功率因数校正(PFC) 电路的1.6kW AC-DC转换器电源的设计指南、数据等内容。
电源多路复用器电路PCB照片示例
电源多路复用器电路
在此参考设计中,在一个小型印刷电路板(PCB)上实现了具有2个输入和1个输出的电源多路复用器电路。将从东芝的多种产品线选择的MOSFET栅极驱动电路IC、eFuse IC、齐纳二极管和小型封装MOSFET等器件进行组合,实现具有BBM和MBB开关的理想二极管。
100W LLC DC-DC转换器的电路板照片
100W LLC DC-DC转换器
此参考设计提供了使用LLC谐振实现零电压开关的100W LLC DC-DC转换器的设计指南、数据和其他内容。
200W有源钳位正向DC-DC转换器的外观照片
200W有源钳位正向DC-DC转换器
此参考设计提供了使用N沟道MOSFET作为钳位开关的200W有源钳位正向DC-DC转换器的设计指南、数据和其他内容。
非隔离降压DC-DC转换器的外观图片
非隔离降压DC-DC转换器
此参考设计提供了多个非隔离降压DC-DC转换器电源的设计指南、数据和其他内容。多种电源针对各种输出、负载和电路板安装区域进行了优化。
矩阵式LED头灯的电路板图片
矩阵式LED前照灯
本参考设计提供了LED矩阵前照灯的设计指南、数据和其他内容。它根据情况独立控制多个LED的照明。
采用TOLL封装DTMOS的500W服务器电源的特点
采用TOLL封装DTMOS的500W服务器电源
此参考设计提供了使用连续电流型PFC和LLC DC-DC转换器的500W服务器电源的设计指南、数据和其他内容。在PFC电路中使用TOLL封装MOSFET,减小了整体尺寸并提高了功率密度。
100W LED照明电源的电源图片
100W LED照明电源
此参考设计提供了具有PFC和宽输入电压范围(即AC 90V至264V)的LED照明恒流100W电源的设计指南、数据和其他内容。
1kW全桥DC-DC转换器的外观照片
1kW全桥DC-DC转换器
该参考设计提供了使用相移全桥DC-DC转换器的1kW服务器电源的设计指南,数据和其他内容。
1.6kW 48V输出电信设备电源的外观照片
1.6kW 48V输出电信设备电源
该参考设计提供了采用半无桥PFC和隔离相移全桥DC-DC转换器的1.6kW 48V输出电源的设计指南,数据和其他内容。
有源钳位正激DC-DC电源基础仿真电路的电路
有源钳位正激DC-DC电源基础仿真电路
该参考设计提供了基于OrCAD®的仿真电路、仿真结果和设计指南,用于设计DC-DC电源的有源钳位正激拓扑。
有源钳位正激AC-DC电源基础仿真电路的电路图
有源钳位正激AC-DC电源基础仿真电路
该参考设计提供基于OrCAD®的参考设计、仿真结果和设计指南,用于设计AC-DC电源的有源钳位正激拓扑结构。
全桥型DC-DC电源基础仿真电路的电路图
全桥型DC-DC电源基础仿真电路
该参考设计提供基于OrCAD®的仿真电路、仿真结果和设计指南,用于设计DC-DC电源的全桥拓扑。
全桥AC-DC电源基本仿真电路的电路
全桥AC-DC电源基本仿真电路
该参考设计提供了基于OrCAD®的仿真电路,仿真结果和设计指南。这是用于设计AC-DC电源的全桥拓扑。
非隔离同步降压DC-DC电源基础仿真电路的电路
非隔离同步降压DC-DC电源基础仿真电路
该参考设计提供了基于OrCAD®的仿真电路、仿真结果和设计指南。用于设计非隔离式同步降压DC-DC电源。
半桥(HB)AC-DC电源基础仿真电路
半桥(HB)AC-DC电源基础仿真电路
该参考设计提供基于OrCAD®的仿真电路、仿真结果和设计指南。用于设计AC-DC电源的半桥(HB)拓扑。
半桥(HB)DC-DC电源基础仿真电路的电路
半桥(HB)DC-DC电源基础仿真电路
该参考设计提供基于OrCAD®的仿真电路、仿真结果和设计指南。用于设计DC-DC电源的半桥(HB)拓扑。
光伏输出光耦和MOSFET替代机械式继电器的HVAC应用
光伏输出光耦和MOSFET替代机械式继电器
具有光电输出耦合器TLP3906和MOSFET TPH1R306PL的固态继电器。介绍固态继电器电路替代机械继电器的设计指南。
符合48V总线电压的1.2V/100A输出DC-DC转换器的特点
符合48V总线电压的1.2V/100A输出DC-DC转换器
该参考设计提供了1.2V/100A输出隔离式DC-DC转换器的规格,框图和PCB布局数据,该转换器将48V总线电压直接转换为1.2V。
移相全桥(PSFB)AC-DC电源基础仿真电路的电路
移相全桥(PSFB)AC-DC电源基础仿真电路
该参考设计提供基于OrCAD®的仿真电路、仿真结果和设计指南。用于设计AC-DC电源的相移全桥(PSFB)拓扑。
反激式DC-DC电源基础仿真电路的电路
反激式DC-DC电源基础仿真电路
该参考设计提供基于OrCAD®的仿真电路、仿真结果和设计指南。用于设计DC-DC电源的反激式拓扑。
反激式AC-DC电源基础仿真电路的电路
反激式AC-DC电源基础仿真电路
可在OrCAD®上操作的仿真电路、设计参考文件、组成器件的概
300W隔离式DC-DC转换器的特点
300W隔离式DC-DC转换器
介绍了电源的概述,设计参考文件,可以导入到EDA工具的电子文件,以及组成器件的概述
单相PFC电源基础仿真电路的电路图
单相PFC电源基础仿真电路
可在OrCAD®上操作的仿真电路、设计参考文件、组成器件的概述
交错式PFC电源基础仿真电路的电路图
交错式PFC电源基础仿真电路
可在OrCAD®上操作的仿真电路、设计参考文件、组成器件的概述
无桥PFC电源基础仿真电路的电路图
无桥PFC电源基础仿真电路
可在OrCAD®上操作的仿真电路、设计参考文件、组成器件的概述
200W AC-DC电源的方框图
200W AC-DC电源
该参考设计提供了适用于消费类应用和嵌入式电源的DC 24V/200W AC-DC电源的规格、方框图和PCB布局数据。
MOSFET驱动IC应用和TCK401G的电路的电池充电器检测
MOSFET驱动IC应用和TCK401G的电路
介绍了TCK401G的特性、负载开关电路的应用、设计参考文件、可以导入到EDA工具的电子文件、以及组成器件的概述
MOSFET驱动IC应用和TCK402G的电路的电池充电器检测
MOSFET驱动IC应用和TCK402G的电路
该参考设计提供了有关转换速率控制、自动放电和其他内置功能的技术信息,用于设计适用于USB-PD的负载开关电路。
MOSFET(TPH1R306PL)应用电路的并联操作的器件和PCB印制线的寄生电感
MOSFET(TPH1R306PL)应用电路的并联操作
该参考设计提供了使用60V MOSFET并联运行以提高输出功率的仿真模型/电路和结果示例。
MOSFET(TK62N60X)应用电路的并联操作的器件和PCB印制线的寄生电感
MOSFET(TK62N60X)应用电路的并联操作
该参考设计提供了使用600V MOSFET并联运行以提高输出功率的仿真模型/电路和结果示例。
MOSFET4引脚封装TO-247-4L(TK25Z60X)应用电路的器件和PCB印制线的寄生电感
MOSFET4引脚封装TO-247-4L(TK25Z60X)应用电路
该参考设计提供了使用4引线MOSFET封装(TO-247-4L)最大限度提高开关性能和效率的示例电路,该封装可降低封装电感。
MOSFET4引脚封装DFN8×8(TK25V60X)应用电路的器件和PCB印制线的寄生电感
MOSFET4引脚封装DFN8×8(TK25V60X)应用电路
该参考设计提供了使用4引脚MOSFET封装(DFN8×8)最大限度提高开关性能和效率的示例电路,该封装有助于降低封装电感。
TPD7104AF的单输出高边N沟道功率MOSFET栅极驱动IC应用和电路的短路检测电路方框图
TPD7104AF的单输出高边N沟道功率MOSFET栅极驱动IC应用和电路
该参考设计提供了TPD7104AF的应用电路和仿真示例,该器件具有短路保护、电源反向连接保护等功能。
1.6kW,80+白金级高效服务器AC-DC电源的特点
1.6kW,80+白金级高效服务器AC-DC电源
该参考设计提供了使用半无桥/隔离相移全桥的1.6kW 80+白金级电源的设计指南,数据和其他内容。
电磁炉逆变电路图
IH电磁炉逆变电路
该参考设计提供了基于电压谐振软开关的IH电磁炉逆变电路的设计指南、数据和其他内容。
智能栅极驱动器耦合器TLP5214A逆变器应用的逆变器应用示例
智能栅极驱动器耦合器TLP5214A逆变器应用
该参考设计提供示例电路,内置功能的设计指南以及将TLP5214A应用于逆变器电路作为栅极驱动电路的热设计指南。
PCB照片(示例)
1.6 kW服务器电源(升级版)
得益于东芝最新的功率器件和数字隔离器,这款1U尺寸、12 V输出的1.6 kW服务器电源在整个负载下实现了比使用相同电路拓扑的现有参考设计更高的效率。提供了电路设计和操作的设计文件和指南,可用作参考设计。
多路复用器电路PCB照片示例
使用共漏极MOSFET的电源多路复用器电路
此参考设计中,在一个小型印刷电路板(PCB)上实现了具有2个输入和1个输出的电源多路复用器电路。我们现已在已开发的电源多路复用器电路参考设计中增加了使用共漏极MOSFET的应用电路。该参考电路通过将东芝多种产品线中的MOSFET栅极驱动IC和齐纳二极管等器件进行理想组合,可以实现BBM和MBB模式的切换。
PCB图片(示例)
低功耗运算放大器TC75S102F的应用电路
适用于各种传感器的低功耗运算放大器TC75S102F的应用电路。这些应用电路可用于需要长电池寿命的设备、物联网传感器、能量收集系统等。
1.6kW T型三电平PFC电源
1.6kW T型三电平PFC电源
本参考设计提供使用T型三电平功率因数校正(PFC) 电路的1.6kW AC-DC转换器电源的设计指南、数据等内容。
电源多路复用器电路PCB照片示例
电源多路复用器电路
在此参考设计中,在一个小型印刷电路板(PCB)上实现了具有2个输入和1个输出的电源多路复用器电路。将从东芝的多种产品线选择的MOSFET栅极驱动电路IC、eFuse IC、齐纳二极管和小型封装MOSFET等器件进行组合,实现具有BBM和MBB开关的理想二极管。
符合48V总线电压的1.2V/100A输出DC-DC转换器的特点
符合48V总线电压的1.2V/100A输出DC-DC转换器
该参考设计提供了1.2V/100A输出隔离式DC-DC转换器的规格,框图和PCB布局数据,该转换器将48V总线电压直接转换为1.2V。
300W隔离式DC-DC转换器的特点
300W隔离式DC-DC转换器
介绍了电源的概述,设计参考文件,可以导入到EDA工具的电子文件,以及组成器件的概述
单相PFC电源基础仿真电路的电路图
单相PFC电源基础仿真电路
可在OrCAD®上操作的仿真电路、设计参考文件、组成器件的概述
交错式PFC电源基础仿真电路的电路图
交错式PFC电源基础仿真电路
可在OrCAD®上操作的仿真电路、设计参考文件、组成器件的概述
无桥PFC电源基础仿真电路的电路图
无桥PFC电源基础仿真电路
可在OrCAD®上操作的仿真电路、设计参考文件、组成器件的概述
负载开关IC TCK301G,TCK302G,TCK303G应用&电路 的快速充电电路的主开关
负载开关IC TCK301G,TCK302G,TCK303G应用&电路
该参考设计提供了具有低导通电阻和内置浪涌电流控制功能的负载开关的示例电路。 适合电池使用的应用。
负载开关IC TCK321G,TCK322G,TCK323G应用&电路的电池充电器检测
负载开关IC TCK321G,TCK322G,TCK323G应用&电路
介绍了TCK321G、TCK322G和TCK323G的特性、充电电路的应用、设计参考文件、可以导入到EDA工具的电子文件、以及组成器件的概述
1.6kW,80+白金级高效服务器AC-DC电源的特点
1.6kW,80+白金级高效服务器AC-DC电源
该参考设计提供了使用半无桥/隔离相移全桥的1.6kW 80+白金级电源的设计指南,数据和其他内容。

东芝的挑战,功率半导体

东芝电子元件及存储装置株式会社采用300毫米硅晶圆制造功率半导体,为实现碳中和和抑制功耗增加做出了贡献。

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SiC MOSFET

SiC肖特基势垒二极管

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