Jul . 2024
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該技術將對資料中心、再生能源和消費性電子等產業產生深遠影響。
在日新月異的電力電子產業，對更有高效、更強大、更緊湊元件的需求持續存在。對於新一代矽基MOSFET，英飛凌進行了龐大的研發投入，以重新定義系統集成標準，使其在廣泛的電力電子應用中能夠實現更高功率密度和效率。
在英飛凌，CoolMOS™ 8的推出意味著這些投資已經取得了成效。它是一項先進的MOSFET技術，集成快速體二極體，能夠讓設計人員和工程師前所未有地獲益。該技術是英飛凌現有寬能隙半導體技術的有力補充，將對資料中心、可再生能源和消費性電子等產業產生深遠影響。
目前供應的600 V CoolMOS™ 8產品組合（2024年）
在了解關鍵特性和好處之前，讓我們先來看看CoolMOS™ 8的起源。 CoolMOS™ 8是英飛凌新一代矽基MOSFET技術，旨在取代現有的高/低功率開關電源（SMPS）的CoolMOS™ 7產品系列。它是CoolGaN™和CoolSiC™寬能隙半導體技術的強大補充。該產品組合將使設計人員能夠滿足不同類型的電力電子應用需求。 CoolMOS™ 8主要針對消費性和工業終端市場；這意味著，該系列並未包含適用於汽車應用的元件。汽車應用的設計人員可以繼續使用現有的車規級CoolMOS™ 7元件。
CoolMOS™ 8的創新之處在於，該系列所有元件中都整合了快速體二極體，使得設計人員將該系列產品用於目標應用中的所有主要拓撲。 600 V CoolMOS™ 8產品系列具有完善的產品組合，英飛凌最先將供應直插封裝、表面貼裝和頂部冷卻（TSC）元件。 CoolMOS™ 8 MOSFET也比同類競品具有更高的電流處理能力，且擁有最小的導通電阻（RDS(on)）與面積乘積。
但這對設計人員和工程師意味著什麼呢？ CoolMOS™ 8在最終面向消費和工業市場推出後，將大大簡化英飛凌客戶的產品選型；因為相比已有的CoolMOS™ 7產品系列，它的產品數量減少了50%以上。在CoolMOS™ 7產品系列下，擁有快速體二極體的元件通過在產品名稱中包含「FD」來進行區分。 CoolMOS™ 8系列下的所有產品都擁有快速體二極體（無論導通電阻（RDS(on)）值為何），這意味著它無需再遵循先前的命名規則。
（3.3 kW）LLC級與（2.5 kW）PFC級之間的相對效率比較
上面我們回顧了一些產品開發背景和原理，現在我們來看看CoolMOS™ 8的一些關鍵特性。這包括用於諧振拓撲的最佳快速體二極體性能，先進晶片焊接技術，以及創新的頂部冷卻（TSC）封裝技術。
相較於CoolMOS™ 7系列同類裝置，CoolMOS™ 8技術的關斷損耗（Eoss）降低10%，輸出電容（Coss）降低50%。 CoolMOS™ 8元件相比CoolMOS™ 7也將熱阻降低至少14%，大大改進了熱性能。能夠實現這項改進，是因為使用了英飛凌專有的互連技術（.XT），該技術提高了將矽晶片連接至引線框架時的熱導率。這些效能優勢使得CoolMOS™ 8比CoolMOS™ 7 具有更高效率。
新ThinTOLL 8 × 8封裝與ThinPAK 8 × 8封裝的尺寸比較
CoolMOS™ 8 MOSFET採用的創新ThinTOLL 8 × 8封裝，相比ThinPAK 8 × 8封裝具有更優的效能，有助於保持引腳兼容性。 ThinTOLL 8 × 8封裝佔板面積小，有助於實現高功率密度；且充分利用了英飛凌先進的互連技術，提高了熱性能。 ThinTOLL封裝儘管尺寸小巧，但在電路板溫度循環試驗中的故障率與採用TOLL封裝的元件非常接近，且二者幾乎具有相同的性能因數。
封裝的升級不僅有助於實現大批量組裝和改進電路板設計，還通過幫助實現高引腳數元件的全自動處理，使得在成本高昂的組裝工廠進行光學焊接檢測更容易。憑藉在最近七年裡累計交付的超過67億顆元件中，僅有5次現場故障，CoolMOS™ 8無疑鞏固了英飛凌在可靠性方面的卓越聲譽。
CoolMOS™ 8對系統集成的益處，可通過英飛凌利用此系列元件進行的參考設計來證明。例如，一台3.3 kW高頻率和超緊湊整流器可達到97.5%的效率，以及95 W/in3的功率密度，尺寸為1U時也是如此。能達到如此高的工作效率和功率密度，是因為在設計中聯合使用了CoolMOS™ 8、CoolSiC™及CoolGaN™ 技術；它採用了創新的集成式平面磁性結構，並對圖騰柱功率因數校正（PFC ）級和半橋GaN LLC DC/DC功率變換級進行完全數字化控制。
目前供應的評估板（2.7-kW PSU和3.3-kW HD/HF SMPS）
單獨提供的2.7 kW配套評估板展示了利用無橋圖騰柱PFC和LLC DC/DC功率變換級構建的高效率（>96%）電源裝置（PSU）。這款高功率密度的設計結合使用了650 V CoolSiC™和600 V CoolMOS™ 8開關技術。該PSU可利用XMC1404控制器（控制PFC級）和XMC4200控制器（控制LLC級）進行數字化控制，使得可以控制和調整PFC開關頻率，以進一步減少電感器尺寸，和/或降低功耗。試驗表明，該PSU在高負載條件下的效率提高了0.1%，使其相比利用CoolMOS™ 7 MOSFET構建的類似設計，具有更低功耗和更好的散熱性能。
目標導向的DDPAK和QDPAK封裝產品
CoolMOS™ 8元件是工業與消費市場中不同SMPS應用的理想選擇。但它們仍然特別適用於資料中心和可再生能源等重要終端市場。在資料中心應用領域，CoolMOS™ 8通過實現利用矽元件可能達到的、盡可能最高的系統級功率密度，來幫助設計人員達成能源效率和總擁有成本目標。在可再生能源應用領域，採用頂部冷卻（TSC）封裝的CoolMOS™ 8元件，可幫助減小系統尺寸和降低解決方案成本。
由於600 V CoolMOS™ 8還擁有極低的導通電阻（RDS(on)）值（7 mΩ），因此在日益壯大的固態繼電器應用（S4）市場，它適合作為替代CoolSiC™ 的、更具性價比的技術。相比機械繼電器，固態繼電器擁有更快開關速度，不產生接點拱起或彈跳，因而能延長系統壽命。它們還具有良好的抗衝擊、抗振動能力，以及低雜訊。
另外，通過將CoolMOS™ 8與CoolSiC™ 元件結合使用，設計人員還可優化系統級性價比。對於2型壁掛式充電盒、輕型電動交通工具、無線充電器、電動堆高機、電動自行車和專業工具充電，CoolMOS™ 8還可幫助實現更具成本競爭力的設計。在更廣泛的消費性應用領域，CoolMOS™ 8可讓終端產品更容易滿足靜電放電需求，並助力實現更靈活的系統設計。與此同時，頂部冷卻（TSC）封裝也有助於進一步降低組裝成本，並提高功率密度。
我們不久就會推出用於驅動CoolMOS™ 8 MOSFET的新一代閘極驅動器，使其能夠在開關應用中實現最優的RDS(on)性能。這些EiceDRIVER™閘極驅動器將具有單極驅動能力，以及封裝共模瞬變抗擾度（@600 V），能夠幫助簡化系統認證與合規。由於厚度減小，CoolMOS™ 8元件非常適合使用QDPAK TSC封裝，甚至可被置於散熱片的下方。英飛凌也計劃在未來幾年內推出採用多種不同封裝的CoolMOS™ 8 MOSFET。
600 V CoolMOS™ 8新一代矽基MOSFET技術的推出，推動電力電子領域取得了重大進展。集成快速體二極體、先進晶片焊接技術以及創新封裝技術等重要配置，凸顯出英飛凌致力於提供先進解決方案以滿足設計人員和工程師的更高需求的堅定決心。通過極低的現場故障率可以證明，這項技術還具有良好的熱性能及可靠性。
隨著CoolMOS™ 8元件逐漸出現在不同的SMPS應用中，尤其是資料中心和可再生能源等應用領域，它們將幫助實現更節能、更緊湊和更具性價比的設計。未來，通過充分發揮CoolMOS™ 8 MOSFET與即將推出的新一代閘極驅動器之間的協同作用，英飛凌將採取一體化方法來推進MOSFET的設計和應用。這一旅程將幫助鞏固英飛凌的半導體技術領先地位，並為未來的發展奠定堅實基礎。
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文章來源：英飛凌官微
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