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MOSFET-Gate-Treiber

Drei Gründe für dedizierte Treiber zwischen Controller und MOSFET

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Infineon Technologies AG
ET System electronic GmbH
TRACO ELECTRONIC GMBH
Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Das richtige Ansteuern von Superjunction-MOSFETs

Um die geforderte Schaltgeschwindigkeit und den gewünschten Wirkungsgrad von modernen Leistungswandlern zu erhalten, sind leistungsfähige MOSFETs notwendig, und das bedeutet typischerweise Bausteine, die auf Superjunction-Halbleiterprozessen (SJ) basieren. SJ-MOSFETs besitzen eine Struktur, die einen deutlich kleineren flächenspezifischen Durchlasswiderstand (RDS(ON)*A) ergibt, ohne dass dabei Kompromisse hinsichtlich der geforderten Sperrspannung eingegangen werden müssen.

Zusammen mit einigen Besonderheiten bei der Zellgeometrie reduziert die SJ-Technologie auch noch alle Bausteinkapazitäten und verbessert damit den schaltbezogenen FoM-Wert (Figure of Merit: Produkt aus Durchlasswiderstand und Gate-Ladung) sowie andere Leistungscharakteristika.

Bildergalerie

Bild 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der jüngsten Evolution der SJ-Technologie: CoolMOS C7, bei der eine siebenreihige Kompensationsstruktur mit hohem Seitenverhältnis realisiert wurde. Die deutliche Leistungssteigerung, die mit dieser Struktur möglich ist, zeigen die jüngsten CoolMOS-C7-600-V-Komponenten, die die ersten MOSFETs sind, bei denen die Grenze von 1 Ω/mm2 (RDS(ON) x A) durchbrochen werden konnte.

Es gibt viele Anwendungsfälle, in denen es nicht praktikabel ist, dass der Controller direkt die ausgewählten MOSFETs treibt. Denn viele Controller verfügen nicht über die benötigte hohe Ausgangstreiberleistung für die hoch-performanten Leistungs-MOSFETs.

SJ-MOSFETs beispielsweise benötigen typischerweise eine Gate-Source-Spannung (Vgs) von mindestens 8 V. Gleichzeitig macht ein hoher Wirkungsgrad schnelle Schalt-Transienten und hohe Treiberströme notwendig, die typischerweise über 1 Apeak liegen.

Die Folge daraus: Es ist weder technisch (besonders aufgrund von Wärmeproblemen) noch kommerziell sinnvoll, die Treiber-Schaltung monolithisch in den Controller zu integrieren.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS 18/2015 erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar.

Hinzu kommt noch, dass Entwickler potenzielle Probleme mit elektromagnetischer Störausstrahlung (EMI) aufgrund hoher Schaltgeschwindigkeiten minimieren und deshalb sicherstellen wollen, dass die Treiberschaltung so nah wie möglich an der zu schaltenden Last sitzt, der regelnde IC jedoch aus unterschiedlichen Gründen sehr viel weiter weg platziert werden muss.

Aus diesen drei Gründen müssen immer mehr Entwickler auf dedizierte Treiber-Bausteine zurückgreifen, die zwischen Controller und MOSFET sitzen. Der Aufbau eines solchen typischen Leistungswandlers ist in Bild 2 dargestellt.

Zu den Kriterien, nach denen Entwickler die passende Treibertechnologie auswählen, gehören maximaler Treiberstrom, Schaltgeschwindigkeit, Formfaktor, Integrationsniveau (beispielweise wie viele Treiberkanäle zur Verfügung stehen und welche Sicherheitsfunktionen integriert sein müssen) sowie die Frage, inwieweit Fertigungs- und Gehäusetechnik die Anforderungen hinsichtlich Wirkungsgrad und thermische Leistungsfähigkeit erfüllen.

Artikelfiles und Artikellinks

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