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創新的深溝製程讓功率轉換的效率提升

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作者:二極體事業部總監 Timothy Chen 博士,Diodes Incorporated

電源與效率逐漸成為高電壓產品應用的代名詞。電源管理電路是由轉換階段的效率以及耗損能源的成本來衡量,因為損耗經常以熱能的形式出現,必須花費額外的成本來散熱。

幾乎所有應用都需要進行某種形式的電源管理或轉換,無論是交流轉直流、直流對直流,或在某些情況下是直流轉交流 (例如太陽能發電場)。在每個階段都有可能出現低能源效率的狀況,而電壓越高,損耗也越高。在許多情況下,降壓的電壓差可能會非常大,需要好幾個級數,每一級都會產生能源效率的損耗。

為了解決電源管理中的效率問題,半導體產業已聚焦於極低的電晶體層級。針對功率電晶體雙極採用 FET 技術之後,下一步就是發展出能提供更多優勢的製程。其發展成果就是溝槽 (Trench) 技術,後來在功率半導體中廣泛採用,取代了平面技術。相對於平面電晶體的「平坦」形式,溝槽技術採用「三維」的立體方式來製造電晶體。在邏輯等低電壓產品應用中,平面技術仍佔有主導地位,但如果是電源裝置應用,溝槽技術的效能在切換參數和電流處理方面優於前者。這主要是因為溝槽技術具備較低的導通電阻;這項功能在功率切換方面擁有許多優點。

除了開關電晶體之外,許多管理或轉換高電壓的應用也需要功率二極體。事實上,二極體能用來當作阻隔、反向保護和整流器裝置,因此成為所有離散半導體中很多功能的一種。在功率應用中所需二極體的範圍可能會很廣泛,因此,重點在於選用的產品要盡可能提供極高的工作效率。

新興應用領域的一個例子就是固態照明。由於本身效率佳,有越來越多 LEDs 燈用於取代鹵素或白熾燈泡,但 LED 燈實質上屬於二極體,因此只能以一個方向導電。當然,傳統燈具電路是透過交流電流運作,因此若要使用 LED 燈,就必須將供電源整流為半波。顯而易見的解決方案,就是使用整流二極體來改變負半週期的極性,不過,為了不犧牲使用 LED 燈的優點,必須使用能提供極佳效率的二極體。

Diodes 的 超級勢壘整流器 (Super Barrier Rectifier) 系列採用該公司專有的深溝 (Deep Trench) 製程,並發展成為能提供極低的低順向壓降 (僅 0.29V),進而實現目前極高的橋式整流器效率。額定 40V 和 3A 的SBRT3M40P1 也可針對 12V AC 的產品應用提供充足的阻隔電壓,非常適合在固態照明應用中使用。

在新的 SDT 系列蕭特基二極體中,也採用了同樣的創新深溝技術;若是直接取代平面式蕭特基二極體,可立即將效能提高 20%。裝置擁有平均高達 40A 的整流電流,峰值反向電壓可高至 120V,順向突波電流高達 280A。

隨著對效率的需求增加,Diodes 將持續提供創新的解決方案,以滿足產業需求並支援新的產品應用。