欲解开效率之谜,请顺着电流去找答案。
功率转换器的效率早已经超过了90%,所以,至少是以η轴为核心的性能改进余地也就不大了。事实的确如此,最近,据说有一家分立功率半导体制造商宣布推出一种功率转换器,其转换效率能提高将近1%。然而,当听了这种公告之后兴奋的心情稍微平静时,人们就会立刻意识到,转换器的标定效率只有在满负荷电流的条件下才能达到,而满负荷电流这一工作条件与通常的工作条件是有很大差别的。 稳压器也有类似的限制。例如,低压差稳压器究竟能低到什么程度,这有助于确定由电池供电的设备中的充电寿命终点或者由公用供电系统中的低压线路极限在何处,这两个系数是公认的重要设计因素。不过,尽管稳压器开销低是有益的,但并没有减少在平均供电电压下计算出来的额外功率耗散,更不用说减少在高压线路条件下计算出来的功率耗散了。 从这一观点来看,将系统的功率耗散降到最低程度不仅仅意味着减少电压降,而且也意味着使电流降至最小。然而,如果给定一组功能特性、制造技术和性能准则,您就会发现,降低某种功能元件工作电流的能力也迅速地变得 不大了。因此,更准确地说,将系统的功率耗散降至最低意味着把浪费掉的电流降至最低。最新的封装技术和器件设计的发展趋势是鼓励设计师们越来越多地改用,以便只在需要时才向各功能元件供电,而不是使稳压器为每个功能元件都同时供电。 磨尖你的镊子 用作负载开关的分立功率FET(场效应晶体管)有三种最新发展趋势:其一,更多的器件采用形状系数很小的塑料封装和CSP(芯片大小封装)(参考文献1);其二,更多的装配工厂证明CSP BGA适用于插装工艺、回流焊工艺和检验工序;其三,PMOS沟道电阻已经在一定程度上接近了NMOS的水平,可以实现有效的高压侧开关。这三种趋势结合起来,使得在你能够提供自己的控制信号的场合使用的负载开关非常小巧(图1)。
图 1 可以用一个PMOS通道元件和一个合适的驱动器组成一个简单的高压侧负载开关(a)。另外一个NMOS器件和上拉电阻起到逻辑反相和电平变换作用(b)。
一直积极从事开发分立功率MOSFET和封装技术的公司有国际整流器公司(IR)和飞兆半导体公司(Fairchild Semiconductor)。IR公司的20V、5.1A的IRF6100 PMOS器件的沟道电阻在VGS 为-4.5V时为65mW,在VGS为-2.5V时增大到95mW。售价为0.35美元(批量1,000件)的IRF6100,采用边长只比1.5mm稍大的4球CSP封装,其最大连续漏极电流在70℃温度下为3.5A(图2)。