了解高压分立Si MOSFET (≥ 2 kV)

Littelfuse拥有广泛的产品系列、具有竞争力的产品性能和先进的技术，在高压（HV）分立Si MOSFET市场具有领导地位，特别是在1700V以上产品，包括电压阻断能力高达4700V的器件，能够支持客户开发需求严苛的应用。

作者：Littelfuse产品工程师Sachin Shridhar Paradkar、产品经理Raymon Zhou和产品总监José Padilla

Littelfuse提供广泛的分立HV硅(Si) MOSFET产品系列，具有较低的损耗、更好的雪崩特性以及高可靠性，用于日益重要的分立功率半导体器件。本文重点介绍Littelfuse提供的≥2 kVHV分立硅MOSFET器件。

Littelfuse分立HV Si MOSFET产品系列

HV MOSFET器件是激光和X射线发生系统、HV电源、脉冲电源等应用的最佳解决方案，尤其适合中压电机驱动、光伏（PV）逆变器、高压柔性直流输电(HVDC)、机车牵引和不间断电源（UPS）中的辅助电源。

Littelfuse独特且广泛的分立HV硅MOSFET产品系列能够承受高雪崩能量，从2000V至4700V，专门设计用于需要极高阻断电压的快速开关电源应用。这些n沟道分立HV MOSFET可以采用标准封装和独特封装供货，额定电流范围从200 mA到6 A，功率耗散能力范围从78W到960 W。

对比使用串联低压(LV) MOSFET方案，使用Littelfuse高压分立Si MOSFET在实施HV设计方面具有多项主要优势，如图1所示。

图1：与低压MOSFET相比，利用Littelfuse的HV Si MOSFET构建HV设计的主要优势

由于HV分立Si MOSFET的导通电阻具有正温度系数，因此适用于并联。与采用串联的低电压MOSFET方法相比，这些HV分立器件提供了高可靠以及更佳的成本解决方案。

封装——独特的HV封装和专有绝缘封装

在高电压和高功率应用中，功率器件的散热至关重要，而器件封装会极大地影响功率器件的热性能。Littelfuse提供独特HV封装和专有绝缘封装，具有多种优势。IXYS-Littelfuse开发的独特HV封装和专有ISOPLUS™封装能解决HV应用中的绝缘和热管理等关键问题。

图2：Littelfuse HV封装与标准封装之间的差异。

Littelfuse的≥2 kV高压分立Si MOSFET采用的独特HV封装，例如：

- 用于表面贴装器件（SMD）的TO-263HV和TO-268HV封装，以及
- 用于通孔技术（THT）PCB的TO-247HV和PLUS247HV封装

Littelfuse HV封装拥有的一项重要优势，就是更长的爬电距离。在TO-263HV和TO-268HV封装中去除了中间的漏极引脚，在TO-247HV封装中增大了漏极和源极引脚之间的距离，从而增加了爬电距离。与标准封装相比，TO-263HV和TO-268HV引线到引线爬电距离大约增加了一倍，分别达到4.2 mm和9.5 mm，这有助于客户在HV应用中减少可能出现的电弧状况。

电气绝缘是HV应用中的另一个关键。 Littelfuse专有绝缘分立ISOPLUS™封装是实现HV设计的绝佳选择。如图3所示，设计采用DCB结构，而不是通常的铜引线框架，Si晶圆焊接在上面。

图3：Littelfuse绝缘分立封装横截面显示DCB基底

与带有外部绝缘片的非绝缘封装相比，Littelfuse绝缘式封装结点至散热片路径的整体热阻RthJH较低，从而改善了热性能。此外，这些绝缘式封装中芯片和散热器之间的耦合电容较低，有助于改善EMI。DCB用于散热，且具有较高的电气绝缘能力，在2500 VRMS下持续时间长达60秒，能在最终装配中省去外部散热片和附加绝缘安装步骤，从而节省成本。

ISOPLUS i4-PAC™和ISOPLUS i5-PAC™ (ISOPLUS264™)封装中的HV分立Si MOSFET显示具有上述优良特性。Littelfuse HV分立Si MOSFET提供标准封装、HV封装和专有绝缘封装。

图4：Littelfuse为HV分立Si MOSFET提供标准封装、HV封装和专有绝缘封装

应用

Littelfuse公司HV分立Si MOSFET适合HVDC高压柔性直流输电、电动汽车（EV）充电器、太阳能逆变器、中压驱动器、UPS和HV电池应用中之HV AUX电源。

辅助（AUX）电源的输入通常是电源转换器的HV直流母线电压。HV反激式电路的固有要求是具有极高阻断电压等级的功率器件，以承受来自变压器次边的反射电压。

图5 a）HV辅助电源是较大系统的子系统，为栅极驱动单元、测量和监测系统以及其他安全关键功能供电，通常情况下需要小于100W的输出功率和5至48V输出电压。因此，图5 b)所示的反激式电路较广泛使用。

图5：a）带有辅助电源之逆变器简图 b）通常用于HV AUX电源的反激式拓扑

Littelfuse HV 分立Si MOSFET的另一个应用是脉冲电源。脉冲电源用于不同的应用中，例如医疗诊断和病患治疗的基于超声波诊断成像、高能量密度等离子体发生器、强电子束辐射、大功率微波、医疗设备、食品巴氏杀菌、水处理和臭氧生成等等。

脉冲电源包含在几分之一秒内快速释放储存的能量。图6 b) 的简图是脉冲电源应用示例，这些脉冲电源应用利用HV MOSFET在短时间内将能量从HV DC输入电容转移到负载。

图6：a) 脉冲电源应用简图 b) 脉冲电源应用示例——产生超声波