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创新的深沟制程让功率转换的效率提升

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作者:二极管事业部总监 Timothy Chen 博士,Diodes Incorporated

 

电源与效率逐渐成为高电压产品应用的代名词。电源管理电路是由转换阶段的效率以及耗损能源的成本来衡量,因为损耗经常以热能的形式出现,必须花费额外的成本来散热。

几乎所有应用都需要进行某种形式的电源管理或转换,无论是交流转直流、直流对直流,或在某些情况下是直流转交流 (例如太阳能发电场)。在每个阶段都有可能出现低能源效率的状况,而电压越高,损耗也越高。在许多情况下,降压的电压差可能会非常大,需要好几个级数,每一级都会产生能源效率的损耗。

为了解决电源管理中的效率问题,半导体产业已聚焦于极低的晶体管层级。针对功率晶体管双极采用 FET 技术之后,下一步就是发展出能提供更多优势的制程。其发展成果就是沟槽 (Trench) 技术,后来在功率半导体中广泛采用,取代了平面技术。相对于平面晶体管的「平坦」形式,沟槽技术采用「三维」的立体方式来制造晶体管。在逻辑等低电压产品应用中,平面技术仍占有主导地位,但如果是电源装置应用,沟槽技术的效能在切换参数和电流处理方面优于前者。这主要是因为沟槽技术具备较低的导通电阻;这项功能在功率切换方面拥有许多优点。

除了开关晶体管之外,许多管理或转换高电压的应用也需要功率二极管。事实上,二极管能用来当作阻隔、反向保护和整流器装置,因此成为所有离散半导体中很多功能的一种。在功率应用中所需二极管的范围可能会很广泛,因此,重点在于选用的产品要尽可能提供极高的工作效率。

新兴应用领域的一个例子就是固态照明。由于本身效率佳,有越来越多LEDs 灯用于取代卤素或白炽灯泡,但 LED 灯实质上属于二极管,因此只能以一个方向导电。当然,传统灯具电路是透过交流电流运作,因此若要使用 LED 灯,就必须将供电源整流为半波。显而易见的解决方案,就是使用整流二极管来改变负半周期的极性,不过,为了不牺牲使用 LED 灯的优点,必须使用能提供极佳效率的二极管。

Diodes 的 超级势垒整流器 (Super Barrier Rectifier) 系列采用该公司专有的深沟 (Deep Trench) 制程,并发展成为能提供极低的低顺向压降 (仅 0.29V),进而实现极高的桥式整流器效率。额定 40V 和 3A 的 SBRT3M40P1 也可针对 12V AC 的产品应用提供充足的阻隔电压,非常适合在固态照明应用中使用。

在新的 SDT 系列萧特基二极管中,也采用了同样的创新深沟技术;若是直接取代平面式萧特基二极管,可立即将效能提高 20%。装置拥有平均高达 40A 的整流电流,峰值反向电压可高至 120V,顺向突波电流高达 280A。

随着对效率的需求增加,Diodes 将持续提供创新的解决方案,以满足产业需求并支持新的产品应用。