Toshiba推出有助於提高電源效率的帶高速二極體的功率MOSFET

- 採用超級結結構的最新一代DTMOSVI系列再添新成員 –

2024年2月22日

東芝電子元件及儲存裝置株式會社

Toshiba Releases Power MOSFETs with High-Speed Diodes that Help to Improve Efficiency of Power Supplies

川崎—東芝電子元件及儲存裝置株式會社(以下簡稱“Toshiba”)在其最新一代[1]採用超級結(super junction)結構的DTMOSVI 系列中增加了DTMOSVI(HSD)功率MOSFET。該功率MOSFET帶有高速二極體，適用於開關電源，包括資料中心和太陽能光電電源調節器。首批兩款產品「TK042N65Z5」和「TK095N65Z5」（採用TO-247封裝的650V N溝道功率MOSFET）即日起開始出貨。

新產品採用高速二極體，改善了對橋式電路和逆變電路應用非常重要的反向恢復[2]特性。相較於標準DTMOSVI，它們的反向恢復時間(trr)縮短了65%，反向恢復電荷(Qrr)減少了88%（測量條件：-dIDR /dt= 100A/μs）。

新產品採用的DTMOSVI(HSD)製程改進了Toshiba帶高速二極體的DTMOSIV系列(DTMOSIV(HSD))的反向恢復特性，在高溫條件下具有更低的漏極截止電流。「漏極-源極導通電阻×閘極-漏極電荷」的優點指標也更低。相較於Toshiba目前的TK62N60W5，TK042N65Z5的高溫漏極截止電流降低了約90%[3]，漏極-源極導通電阻×閘極-漏極電荷降低了72%[4] [5]。這一進步將減少設備的功率損耗，有助於改善效率。相較於目前的TK62N60W5，TK042N65Z5的電源效率最大提高了約0.4%，這是在1.5kW LLC電路中測得的結果[6]。

採用TK095N65Z5的參考設計「1.6kW伺服器電源（升級版）」已於今日在Toshiba網站上推出。該公司還提供支援開關電源電路設計的工具。除了能在短時間內驗證電路功能的G0 SPICE模型外，該公司現在還提供能準確再現瞬態特性的高精確度G2 SPICE模型。

Toshiba計畫推出TO-220和TO-220SIS通孔封裝以及TOLL和DFN 8×8表面黏著封裝的元件，從而擴大DTMOSVI(HSD)產品陣容。

除了已推出的650V和600V產品和帶有高速二極體的新產品外，公司還將繼續擴大DTMOSVI系列的產品陣容。這將提高開關電源的效率，為節能設備貢獻力量。

註：
[1] 截至2024年2月22日，Toshiba調查。
[2] MOSFET本體二極體從正向偏置切換到反向偏置的開關動作。
[3] Toshiba測量的值。新產品TK042N65Z5為0.2mA（測試條件：VDS =650V，VGS =0V，Ta =150°C。）
現有產品TK62N60W5為1.9mA（測試條件：VDS =600V，VGS =0V，Ta =150°C）。
[4] 600V DTMOSIV(HSD)系列
[5] Toshiba測量的值。
測試條件：
TK62N60W5
• RDS(ON) : ID =30.9A, VGS =10V, Ta =25°C
• Qgd : VDD =400V, VGS =10V, ID =61.8A, Ta =25°C
TK042N65Z5
• RDS(ON) : ID =27.5A, VGS =10V, Ta =25°C
• Qgd : VDD =400V, VGS =10V, ID =55A, Ta =25°C
[6] Toshiba測量的值。
測試條件：Vin =380V, Vout =54V, Ta ＝25°C

Comparison of trr and Q<sub>rr</sub> of standard type and high-speed diode type 650V power MOSFETs
Comparison of trr and Qrr of standard type and high-speed diode type 650V power MOSFETs
Comparison of I<sub>DSS</sub>＠150°C×t<sub>rr</sub> of TK095N65Z5 and TK35N65W5
Comparison of IDSS＠150°C×trr of TK095N65Z5 and TK35N65W5
Comparison of R<sub>DS(ON)</sub>×Q<sub>gd</sub> of TK042N65Z5 and TK62N60W5
Comparison of RDS(ON)×Qgd of TK042N65Z5 and TK62N60W5
Efficiency comparison of TK042N65Z5 and TK62N60W5
Efficiency comparison of TK042N65Z5 and TK62N60W5

使用TK095N65Z5的參考設計“1.6kW伺服器電源（升級版）”

電路板外觀
電路板外觀
簡易方框圖
簡易方框圖

應用

工業設備

  • 開關電源（資料中心伺服器、通訊設備等）
  • 電動汽車充電站
  • 太陽能光電發電機電源調節器
  • 不斷電系統

特性

  • 最新一代DTMOSVI系列中帶有高速二極體的MOSFET
  • 由於高速二極體導致的反向恢復時間：
    TK042N65Z5 trr =160ns（典型值）
    TK095N65Z5 trr =115ns（典型值）
  • 由於低柵漏電荷導致的高速切換時間：
    TK042N65Z5 Qgd =35nC（典型值）
    TK095N65Z5 Qgd =17nC（典型值）

主要規格

（除非另有說明，否則 Ta =25°C）

組件編號 TK042N65Z5 TK095N65Z5
封裝 名稱 TO-247
尺寸(mm) 典型值 15.94×20.95, t=5.02
絕對最大額定值 漏源電壓 VDSS (V) 650
漏極電流 (DC) ID (A) 55 29
漏源導通電阻 RDS(ON) (Ω) VGS=10V 最大值 0.042 0.095
閘極總電荷 Qg (nC) 典型值 105 50
柵漏電荷 Qgd (nC) 典型值 35 17
輸入電容 Ciss (pF) 典型值 6280 2880
通道至外殼熱阻 Rth(ch-c) (°C/W) 最大值 0.347 0.543
反向恢復時間  trr (ns) 典型值 160 115
Toshiba當前系列(DTMOSIV)組件編號 TK62N60W5[7] TK35N65W5,
TK31N60W5[7]

註：
[7] VDSS=600V

請點選以下連結瞭解有關新產品的更多資訊。

TK042N65Z5
TK095N65Z5

請點選以下連結瞭解有關Toshiba MOSFET的更多資訊。

MOSFETs

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