变频家电低负载功耗再降56%，谁是幕后英雄？

近年来，节能化趋势日益加速，家电产品倾向于采用更接近实际使用情况的能效标识APF(Annual Performance Factor)。也就是说，不再仅仅关注功率负载较大的设备在启动时和额定条件下的节能，在负载较小的正常运转时也要能实现节能。有数据显示，当前全球电力需求中的近50%被用于电机驱动，如何大幅降低正常运转时的功耗，是业界普遍关心的问题。

在此背景下，ROHM日前开发出“拥有业界最快trr性能的功率MOSFET”产品PrestoMOS R60xxMNx系列。通过优化ROHM独有的芯片结构，在保持PrestoMOS“高速trr性能”特征的基础上，成功地使Ron和Qg值显著降低。由此，在变频空调等电机驱动的应用中，轻负载时的功率损耗与以往的IGBT相比，降低约56%，节能效果非常明显。

与以往产品性能对比

突破价格限制，超级结MOS迎来爆发

“Presto”一词源于意大利语，意思是加速。罗姆半导体(上海)有限公司设计中心高级经理水原德健表示，总体而言，2014-2020年，MOSFET的整体市场需求量没有太大增长。但一个值得关注的趋势是：平面MOSFET的市场正日趋萎缩，超级结MOSFET市场正变得越来越大。“2014年前后，市场还是以平面MOS为主，但到了2016年，两者已经开始平分秋色了。预计到2020年，超级结MOS将成为主流。”水原德健将原因归结为“超级结MOS导通损耗小，更节能”。目前来看，在第零代的时候，超级结MOS价格大约是平面MOS的1.7-2倍，第一代时约为1.5倍，第二代基本上已与平面MOS的价格开始持平。而只要突破了价格瓶颈，超级结MOS就会迎来应用的爆发。

罗姆半导体(上海)有限公司设计中心高级经理水原德健

600V MOS是目前市场上使用最多的高压MOS产品，分为标准型、高速开关型和高速trr型，前两者各占整个市场三分之一左右份额，第三者约占7%。当然，在600V之上还有650V、800V、以及1200V、1500V等产品。总体来看，600V产品占整个市场的三分之二，600V以上的产品占三分之一。

罗姆超级结MOS产品主要面对600V的应用，包括：

● 低噪音超级结MOS(EN系列)。以600V为主，电流范围从1.7安培到76安培，主要应用于家电和家电电源上。超级结MOS在正常工作时，能耗更低，但噪声过大限制了其应用。EN系列的低噪音特性，使超级结MOSFET的构造可以达到平面构造的低噪音性。

● 高速开关超级结MOSFET(KN系列)。以600V为主，电流范围从1.7安培到76安培。主要改变了两个特性：一是Rg，也就是门极上的电阻；另一个是Qgd，输入电荷更少，这样使开关速度更快。通过改变门极上的电荷和电阻，使开关速度变得更快，开关损耗变得更低。

● 兼具MOSFET构造和IGBT的特性HybridMOS。低功率时采用MOSFET的构造，在大功率时采用IGBT的优点。也就是说，不管是瞬间制冷、瞬间制热，还是正常运转时，都使能量消耗更低一些，从而实现节能。

最快trr性能的超级结MOSFET

罗姆的第二代PrestoMOS采用了新的纵向沟槽构造：一是把PN结构之间的间距变得更小;二是把N极的电流浓度变得更大。通过改变这新的构造，使产品的导通电阻更低，开关速度更快。从对比中可以看到，开关速度Qg和原有的第一代产品相比，第二代产品降低了70%，导通电阻降低了40%。在这两个特性之上，体二极管的trr特性降低了20%。可以说，第二代PrestoMOS是个开关损耗、导通损耗和trr损耗都是很小的产品。

罗姆第二代PrestoMOS采用了新的纵向沟槽构造设计

通常，一旦发生短路，就会引起元件异常发热、甚至受损的可能性。一直以来，因性能与短路之间的制约关系，确保超强的短路耐受能力是非常困难的，而R60xxMNx系列利用ROHM的模拟技术优势，对热失控的成因---寄生双极晶体管成功地进行了优化，可确保电机驱动所必须的短路耐受能力，减轻了因电路误动作等导致的异常发热带来的破坏风险，有助于提高应用的可靠性。

自导通损耗微小是R60xxMNx系列所具备的另一大特点。众所周知，自导通是指MOSFET在关断状态下，高边主开关一旦导通，则低边MOSFET的漏极-源极间电压急剧增加，电压被栅极感应，栅极电压上升，使得MOSFET内部产生自身功率损耗。而罗姆此番通过优化R60xxMNx系列的寄生电容，成功将该损耗控制在非常微小的最低范围内。

超强短路耐受与抑制自导通能力

第二代PrestoMOS产品已于2016年12月份开始以月产10万个规模投入量产，前期工序的生产基地为ROHM Apollo Co., Ltd.，后期工序的生产基地为ROHM Semiconductor (Korea) Co., Ltd.。

本文为《电子工程专辑》原创，版权所有，转载请注明出处并附链接

推荐文章：KACO的Powador光伏逆变器拆解

关注最前沿的电子设计资讯，请关注“电子工程专辑微信公众号”。