Hochvolt-MOSFET SUPERFET-V-MOSFETs für Server & Telekommunikation

Von Gerd Kucera

Um aktuelle Effizienzvorgaben wie etwa 80 PLUS Titanium zu erfüllen, entwickelte onsemi drei entsprechend optimierte MOSFET-Varianten der 600-V-SUPERFET-V-Reihe mit der Bezeichnung FAST, Easy Drive und FRET.

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Es gibt drei Varianten der neuen SUPERFET-V-MOSFETs für hart und weich schaltende Topologien.
Es gibt drei Varianten der neuen SUPERFET-V-MOSFETs für hart und weich schaltende Topologien.
(Bild: onsemi)

Seit Jahren sind Hersteller leistungselektronischer Systeme mittlerer und hoher Leistung gefordert, die Effizienz bei voller und niedriger Last zu verbessern, sodass die Einhaltung immer strengerer Vorschriften zum Energieverbrauch gewährleistet ist. Die neue Serie der 600-V-SUPERFET-V-MOSFETs soll das Entwickeln von Stromversorgungen für hohe Effizienzvorgaben wie 80 PLUS Titanium ermöglichen. Insbesondere der technisch anspruchsvolle Lastbereich von 10% liegt hierbei im Fokus. Die drei Varianten der 600-V-SUPERFET-V-Reihe (FAST, Easy Drive und FRET) sind so optimiert, dass sie für eine Vielzahl von Anwendungen und Topologien eine hohe Performance bieten, etwa hinsichtlich Schalteigenschaften und weiter reduziertem Gate-Rauschen, sodass auch ein verbessertes EMI-Verhalten einstellt – ein wesentlicher Vorteil für Server- und Telekommunikationssysteme. Eine robustere Body-Diode und eine erhöhte UGSS (DC ±30 V) sind wesentliche Merkmale für verbesserte Systemzuverlässigkeit.

Mit der steigenden Nachfrage nach Cloud-Konnektivität und 5G-Technologie steigt der Energieverbrauch für die Telekommunikationsinfrastruktur der nächsten Generation um ein Vielfaches. 5G-Basisstationen und 5G-Funkeinheiten verbrauchen mehr als doppelt so viel Strom wie 4G-Basisstationen, was zu einer dringenden Notwendigkeit an höherer Effizienz im Energie-Management und in der Energieverteilung für die Telekommunikationsinfrastruktur führt. Um dieser Herausforderung zu begegnen, arbeitet onsemi stetig an entsprechenden Halbleitern zur Verbesserung der Gesamtsystemleistung und Energieeinsparung.

80-Plus-Titanium: 90% Wirkungsgrad bei 10% Last

In Kombination mit angepassten Treibern offeriert onsemi GaN- und SiC- MOSFETs beispielsweise für AC/DC- und DC/DC-Lösungen zur Reduzierung von Leistungsverlusten durch geringeren On-Widerstand.

„Die 80-Plus-Titanium-Zertifizierung besagt, dass Server- und Massenspeicher-Hardware einen Wirkungsgrad von 90 Prozent bei 10 Prozent Last und einen Wirkungsgrad von 96 Prozent bei 50 Prozent Last erreichen sollen“, erklärte Asif Jakwani, Senior Vice President und General Manager der Advanced Power Division von onsemi.

Die 80-Plus-Initiative fordert zudem für eine 80-PLUS-Zertifizierung, dass Netzteile für Desktop-Computer und Server bei den Lastpunkten 20%, 50% und 100% jeweils einen Wirkungsgrad von mindestens 80% erreichen. Außerdem werden an den Leistungsfaktor der PFC definierte Ansprüche gestellt. Für die höheren Zertifizierungen „80 PLUS Bronze“, „80 PLUS Silver“, „80 PLUS Gold“, „80 PLUS Platinum“ und „80 PLUS Titanium“ sind diese Anforderungen an den Wirkungsgrad jeweils stufenweise erhöht, mit Fokus auf den häufig genutzten Lastbereich von 50%.

Die FAST-Version der MOSFETs

Asif Jakwani: „Die FAST-, Easy-Drive- und FRET-Versionen unserer SUPERFET-V-MOSFETs helfen, diese Anforderungen zu erfüllen und bieten dazu eine robuste Lösung.“ Die FAST-Versionen biete dazu die höchste Effizienz in hart schaltenden Topologien (etwa Highend-Leistungsfaktorkorrektur/PFC) und sind auf geringe Gate-Ladung (Qg) und EOSS-Verluste getrimmt, um schnelles Schalten zu ermöglichen. Zu den ersten Bausteinen zählen der NTNL041N60S5H (41 mΩ RDS(on)) und der NTHL185N60S5H (185 mΩ RDS(on)), die beide im TO-247-Gehäuse ausgeliefert werden. Der NTP185N60S5H befindet sich im TO-220-Gehäuse und der NTMT185N60S5H im 8 mm x 8 mm x 1 mm Power88-Gehäuse, das der Feuchtigkeitsstufe MSL 1 (Moisture Sensitivity Level) entspricht. Eine Kelvin-Source-Konfiguration trägt zu einem verbesserten Gate-Rauschen und geringeren Schaltverlusten bei.

Die Easy-Drive-Variante der MOSFETs

Die Easy-Drive-Versionen eignen sich für hart und weich schaltende Topologien und besitzen einen internen Gate-Widerstand (Rg) sowie eine optimierte interne Kapazität. Sie eignen sich für den universellen Einsatz in vielen Anwendungen, einschließlich PFC und LLC. Die integrierte Zener-Diode zwischen Gate- und Source-Elektrode sorgt mit über 120 mΩ RDS(on) für eine geringere Belastung des Gate-Oxids und höhere ESD-Robustheit, was laut onsemi zu einer besseren Bestückungsausbeute und weniger Ausfällen im Feld führe. Aktuell gibt es zwei Bausteine mit 99 und 120 mΩ RDS(on). Sie haben die Typenbezeichnung NTHL099N60S5 und NTHL120N60S5Z und sind im TO-247-Gehäuse gekapselt.

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Die FRFET-Variante der MOSFETs

Die Fast-Recovery-/FRFET-Versionen eignen sich für weich schaltende Topologien wie phasenverschobene Vollbrücke und LLC-Resonanzwandler. Die MOSFETs haben eine schnelle Body-Diode sowie reduzierte Qrr- und Trr-Werte. Die Robustheit der Diode erhöht die Systemzuverlässigkeit. Der NTP125N60S5FZ mit integrierter Zenerdiode bietet 125 mΩ RDS(on) im TO-220-Gehäuse; der NTMT061N60S5F bietet 61 mΩ im Power88-Gehäuse. Der MOSFET mit dem geringsten Verlust ist laut onsemi der NTHL019N60S5F mit einem RDS(on) von 19 mΩ im TO-247-Gehäuse.

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