LFPAK88是提高效率的捷径

安世半导体的LFPAK88不使用内部焊线,减小了源极引脚长度,从而最大程度地减少在开关过程中产生的寄生源极电感,以此提高效率。无引脚(QFN)封装或开尔文源极连接等备选方案也具有类似的优点,但它们也存在很大的缺陷,这就使得“提高效率的捷径”LFPAK88成为我们的首选。

让MOSFET效率得以提高的另一个因素是寄生源极电感。它是每个开关事件的过程中,在源极引脚和焊线中产生的电感。根据我们的经验,每1毫米的源极路径产生1 nH的源极电感。因此,通过最大程度地减小电感,我们能够提高开关效率。

 Parasitic source capacitance – eliminating / minimizing contributing factors in LFPAK88

在早期的有引脚封装中,例如I²PAK (SOT226)D²PAK (SOT404),由于源极引脚较长,而且使用了内部焊线,因而源极电感增加。但是,通过使用铜夹取代内部焊线,最大程度地减小源极引脚长度,LFPAK88显著减小了源极电感。在达到这个目标的同时,并未影响温度周期变化和焊接可靠性,而这正是引脚(QFN)封装或开尔文源极连接等备选方案的缺陷。

Source inductance comparison for I2PAK, D2PAK and LFPAK88

有快速的解决方法吗?

如果我们希望最大程度地减小源极电感,为什么不除去外部引脚呢?QFN类型封装采用了这种方法,使用封装下方的连接直接连接到PCB上。这样可以降低寄生源极电感,但也会带来一系列其他问题,例如焊接、焊接检测、应用温度周期变化(板级可靠性),而LFPAK的短外部鸥翼式引脚可以解决这些问题。此外,有些QFN封装还除去了引脚以减小电感,但内部焊线又增加了电感。 

Feature comparison of QFN, D²PAK and LFPAK88

第四个引脚可以真正加快解决问题吗?

最近出现的消除寄生源极电感效应的另一个概念是采用开尔文源极连接。这种技术为通常的3引脚配置添加第4个引脚,目的是将电源路径与驱动信号路径相隔离。当然,它通常与快速开关、高电压、高电流器件(例如Silicon Carbide)联系在一起,采用传统的有引脚封装,提供高功率(> 1 kW) SMPS,需要克服更大的源极电感(10-20 nH)。

虽然源极电感仍然存在,但开尔文源极引脚断开了栅极引脚的反馈回路,从而消除了源极电感的负面效应。但最好结果还是更高的电压(> 500 V)和高电流。 

 

Driving scheme comparison for standard and 4-pin setup

安世半导体研究了添加开尔文连接的利弊。添加第4个引脚显然是有利的,但LFPAK88在较低的电压 (≤ 100 V)下工作,源极电感非常低,最终优势微乎其微。当然,这还没有充分考虑对更复杂驱动电路、减小最大电流能力的需求。 

Simulated benefit of 40 V Trench 9 technology

LFPAK提供比传感封装更多的优点

LFPAK88具有较短的外部引脚,并且采用铜夹,从而实现了最小的寄生源极电感,与无引脚QFN封装相比,它还保持了温度周期变化和焊接可靠性。开尔文源极引脚专用于驱动传统的汽车电机和泵,而这些应用采用小于或等于100 V的MOSFET, 在LFPAK88封装内部添加开尔文源极引脚,并不能带来明显的优势。虽然QFN封装和开尔文源极连接等备选方案能够降低寄生源电压,但其缺陷意味着它们无法提供与LFPAK88相同的整体优势,这就使得“提高效率的捷径”LFPAK成为我们的首选。

Neil Massey

Neil在电子行业具有30年以上的从业经验,担任过多个工程和项目管理职位。过去19年,他担任过一系列功率电子半导体产品的产品营销经理,涵盖各种消费、工业和汽车应用。目前他负责用于汽车应用的分立式低电压MOSFET封装,重点关注安世半导体的新型LFPAK88产品系列。