POWER 2 - luglio/agosto 2013
XVI
utilizzato la più recente e raffinata tecnologia di elabo-
razione per migliorare (ridurre) ulteriormente la cifra
di merito R
DS(ON)
*A. Confrontata, ad esempio, con la
precedente tecnologia U-MOS IV introdotta nel 2008,
la U-MOS VIII-H offre una R
DS(ON)
più che dimezzata,
a parità di superficie del die. In altre parole, la dimen-
sione del chip può essere ridotta del 47% senza dover
aumentare la resistenza di conduzione. Ciò permette ai
dispositivi U-MOS VIII-H di offrire la maggiore densità
di potenza richiesta dai moderni alimentatori.
La figura 3 illustra in che modo la nuova struttura a
trincea U-MOS riduce le perdite di commutazione ad
alta velocità rispetto alle precedenti generazioni di U-
MOS, mettendo in relazione la carica di commutazione
di gate (Q
sw
) con il miglioramento della R
DS(ON)
in un
MOSFET a canale n con tensione nominale pari a 30
V. Per giunta, poiché la serie UMOS VIII-H offre una
riduzione del 60% della cifra di merito R
DS(ON)
*C
iss
so-
pra citata (rispetto alla serie U-MOS IV), è possibile ot-
tenere un significativo miglioramento delle prestazioni
in condizioni di carichi leggeri, pur mantenendo eleva-
ta l’efficienza in presenza di carichi pesanti. In effetti, i
MOSFET realizzati con questa nuova tecnologia offrono
le migliori prestazioni della categoria su un range molto
ampio di condizioni di carico (Fig. 4).
Si noti infine che il nuovo processo contribuisce anche
a ridurre il rumore irradiato, mentre il basso rapporto
di capacità di gate (C
gd
/C
gs
) fornisce un ulteriore van-
taggio grazie alla protezione supplementare dall’autoac-
censione sul ramo inferiore (un fenomeno indesiderato
che può verificarsi quando la V
DSS
cambia rapidamente
e carica le capacità interne in modo tale che la tensione
sul MOSFET supera la tensione di attivazione).
Incapsulamento
L’incapsulamento è particolarmente importante quan-
do si sceglie un MOSFET a bassa potenza. Ad esempio,
mentre un dispositivo per montaggio a inserzione in
contenitore TO-220 D²PAK può essere adatto per rea-
lizzare un alimentatore AC/DC non troppo piccolo, un
dispositivo compatto a montaggio superficiale è la solu-
zione da preferire per realizzare un convertitore DC/
DC in cui lo spazio a disposizione è probabilmente limi-
tato. Il mercato oggi offre una scelta sempre più ampia,
come il contenitore TO-220 SIS che, a parità di formato,
permette di migliorare le prestazioni del dispositivo for-
nendo un isolamento di tipo totale. Questo contenitore
utilizza un connettore di rame interno, anziché il wire
bonding, per abbassare la resistenza dei collegamenti
interni, migliorare la dissipazione del calore e gestire
correnti più elevate.
L’incapsulamento gioca inoltre un ruolo importante nei
sistemi destinati a funzionare negli ambienti più diffi-
cili. È per questo motivo che Toshiba sta sviluppando
una gamma di MOSFET che combina insieme il nuovo
processo U-MOS VIII a bassa R
DS(ON)
e bassa C
iss
con il
contenitore ad alta efficienza e alta affidabilità DPAK+.
Il contenitore DPAK+ ha lo stesso formato (con piedina-
tura compatibile) di un tradizionale contenitore DPAK,
ma sostituisce i classici conduttori interni di alluminio
con dei morsetti in rame. Il collegamento risultante è
altamente affidabile e in grado di sopportare cicli ripe-
tuti di spegnimento-accensione e l’esposizione a urti e
vibrazioni. Inoltre, l’ampia sezione combinata con una
migliore connettività elettrica riduce al minimo il sur-
riscaldamento dovuto alle perdite nel contenitore e di-
minuisce l’induttanza parassita di quest’ultimo. In de-
finitiva, soluzioni di tipo flat SMD come il contenitore
SOP Advance (5 mm x 6 mm) e il contenitore TSON
Advance (3,3 mm x 3,3 mm) di Toshiba con substrato
metallico, nei normali formati industriali, consentiran-
no la realizzazione di piccoli convertitori DC/DC, come
richiesto dagli alimentatori a LED e da altre applicazioni
compatte.
Tecnologie disponibili
L’attuale gamma di U-MOS VIII-H LMOS di Toshiba
comprende dispositivi con tensioni V
DSS
nominali com-
prese tra 30 V e 120 V e con resistenze di conduzione
che vanno da 15 mΩ a meno di 1 mΩ. Le capacità C
iss
tipiche vanno da 8100 pF per un dispositivo TO-220/
TO-220SIS da 120 V a soli 690 pF nel caso di un disposi-
tivo da 30 V in un contenitore SMD TSON Advanced 3,3
mm x 3,3 mm. Il primo DPAK+MOSFET (40 V, 100 A)
avrà una temperatura di giunzione massima pari a 175
°C, una R
DS(ON)
di soli 2.4 mΩ e una C
iss
di 4520 pF.
La serie standard U-MOS VIII-H verrà estesa nell’arco
del 2013 per coprire la fascia da 150 V a 250 V, mentre
verso fine anno saranno disponibili anche i dispositivi da
60 V, 100 V e 150 V per applicazioni automobilistiche.
Power
Fig. 4 - Efficienza in funzione della corrente di u-
scita per MOSFET LMOS a 120 V e dispositivi con-
correnti
