探索英飛凌OptiMOS? 7 40V N溝道MOSFET：電機(jī)驅(qū)動(dòng)的新突破

在電子工程師的日常工作中，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)挑選合適的MOSFET至關(guān)重要。英飛凌最新推出的OptiMOS? 7 40V N溝道MOSFET，憑借其先進(jìn)的技術(shù)和卓越的性能，成為了電機(jī)驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的一顆新星。今天，我們就來(lái)深入探討這款產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用表現(xiàn)。

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一、產(chǎn)品概述

英飛凌的OptiMOS? 7 40V N溝道MOSFET系列，采用了最新的電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化技術(shù)。該系列產(chǎn)品主要面向設(shè)計(jì)工程師、技術(shù)人員和電力電子系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員，適用于需要使用40V MOSFET的電子系統(tǒng)。其標(biāo)準(zhǔn)封裝選項(xiàng)包括PG - TDSON（PQFN 5x6）、PG - TSDSON（PQFN 3.3 x 3.3）和PG - WSON - 8（PQFN 5x6雙側(cè)面冷卻），為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供了多樣化的選擇。

二、電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用背景

在電動(dòng)工具和園藝工具中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是核心組件。工程師們一直在努力提升系統(tǒng)的效率、實(shí)現(xiàn)精確的轉(zhuǎn)矩控制、拓寬速度范圍、延長(zhǎng)使用壽命、提高動(dòng)態(tài)性能以及平衡成本效益。目前，無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC）已成為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的首選，而基于磁場(chǎng)定向控制（FOC）算法的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，因其具有更高的效率、更平滑精確的轉(zhuǎn)矩控制、更寬的速度范圍、更好的低速性能和更快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，正越來(lái)越多地被應(yīng)用。然而，F(xiàn)OC算法對(duì)硬件提出了更高的要求，如高精度的多相電流檢測(cè)、精確的轉(zhuǎn)子位置傳感、更強(qiáng)大的MCU、更快的反饋和控制以及優(yōu)化的MOSFET。英飛凌的OptiMOS? 7電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化MOSFET正是為滿足這些需求而設(shè)計(jì)的。

三、OptiMOS? 7 MOSFET的優(yōu)化規(guī)格

1. 卓越的導(dǎo)通電阻（RDS(on)）

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三相逆變器中，MOSFET的損耗主要包括導(dǎo)通損耗、開(kāi)關(guān)損耗和體二極管導(dǎo)通損耗。其中，導(dǎo)通損耗與MOSFET的RDS(on)密切相關(guān)。OptiMOS? 7 40V功率MOSFET系列提供了卓越的RDS(on)性能，采用PQFN 5x6封裝的同類最佳MOSFET的RDS(on) - max僅為0.52 mΩ，與OptiMOS? 6系列相比，RDS(on)降低了多達(dá)20%，從而有效降低了導(dǎo)通損耗。

2. 增強(qiáng)的抗干擾能力

在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，MOSFET柵極上的感應(yīng)電壓（感應(yīng)VGS）是導(dǎo)致誤開(kāi)啟的關(guān)鍵因素。OptiMOS? 7電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化MOSFET的閾值電壓（VGS(th)）典型值為2.8V，高于OptiMOS? 6 MOSFET，這使得它對(duì)感應(yīng)VGS具有更高的抗干擾能力。

3. 三倍更寬的安全工作區(qū)（SOA）

安全工作區(qū)是MOSFET在電機(jī)驅(qū)動(dòng)中的關(guān)鍵屬性，它定義了MOSFET允許的最大電流 - 電壓范圍。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，更寬的SOA提供了更高的電流能力和更好的可靠性，特別是在低速高轉(zhuǎn)矩和堵轉(zhuǎn)情況下。OptiMOS? 7 MOSFET ISCH91N04LM7的SOA比OptiMOS? 6同類MOSFET BSC009NO4LSSC寬三倍。

4. 優(yōu)化的柵極特性

柵源電荷（QGS）、柵漏電荷（QGD）等柵極電荷特性以及跨導(dǎo)（gts）是影響MOSFET開(kāi)關(guān)性能的重要參數(shù)。OptiMOS? 7電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化MOSFET通過(guò)優(yōu)化柵極電荷和跨導(dǎo)，在相同的VDS峰值電壓下，開(kāi)關(guān)損耗比OptiMOS? 6器件降低了約20%。

5. 雙側(cè)面冷卻（DSC）封裝

英飛凌的OptiMOS? 7電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化系列提供了雙側(cè)面冷卻（DSC）器件選項(xiàng)。DSC封裝的低結(jié)到頂部熱阻有助于降低熱阻，提高散熱效率。通過(guò)特定的公式計(jì)算可知，這種封裝在散熱方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。

四、開(kāi)關(guān)行為分析

1. 雙脈沖測(cè)試

雙脈沖測(cè)試是評(píng)估功率器件開(kāi)關(guān)行為的常用方法。在本次測(cè)試中，使用了特定的測(cè)試電路和設(shè)置，對(duì)OptiMOS? 7、OptiMOS? 6和其他廠商的MOSFET進(jìn)行了開(kāi)關(guān)行為分析和比較。

2. 不同MOSFET的開(kāi)關(guān)行為比較

選取了英飛凌OptiMOS? 7電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化MOSFET的代表型號(hào)ISC011N04NM7V、具有相似RDS(on)的OptiMOS? 6 MOSFET ISC010N04NM6以及其他三家廠商的類似器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，OptiMOS? 7電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗最低。在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，關(guān)斷損耗（Eoff）占主導(dǎo)地位，OptiMOS? 7的Eoff比OptiMOS? 6低約30%，也低于其他廠商的器件。因此，可以預(yù)測(cè)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試中，OptiMOS? 7將具有更低的溫度。

五、電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用性能評(píng)估

1. 測(cè)試設(shè)置和條件

為了進(jìn)行公平的比較測(cè)試，在不同的對(duì)比測(cè)試中保持了相同的測(cè)試設(shè)置和條件，包括輸入電壓、電機(jī)速度、柵極電壓、開(kāi)關(guān)頻率和運(yùn)行時(shí)間等。

2. OptiMOS? 7與OptiMOS? 6的比較

選取了ISCH54N04NM7V（OptiMOS? 7）和ISC007N04NM6（OptiMOS? 6）進(jìn)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試。優(yōu)化柵極電阻后，在相同的輸入功率和控制方法下運(yùn)行12分鐘，ISCH54N04NM7V的最高外殼溫度為85.4 °C，比ISC007N04NM6低4.6 °C。這表明OptiMOS? 7在降低溫度方面表現(xiàn)更優(yōu)。

3. 英飛凌與其他廠商的比較

選擇ISC011N04NM7V作為OptiMOS? 7的代表與其他廠商的器件進(jìn)行比較。測(cè)試結(jié)果顯示，在所有輸入功率范圍內(nèi)，ISC011N04NM7V的外殼溫度最低。在低側(cè)關(guān)斷瞬態(tài)期間，ISC011N04NM7V的VDS轉(zhuǎn)換速率比其他廠商的器件快260 V/ns，且具有最快的開(kāi)關(guān)速度。

六、總結(jié)

英飛凌的OptiMOS? 7電機(jī)驅(qū)動(dòng)優(yōu)化MOSFET非常適合電動(dòng)工具和園藝工具應(yīng)用。該系列產(chǎn)品在RDS(on)、抗干擾能力、安全工作區(qū)、開(kāi)關(guān)損耗和散熱封裝等方面都有顯著的改進(jìn)。在雙脈沖測(cè)試和電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)試中，OptiMOS? 7均表現(xiàn)出優(yōu)于OptiMOS? 6和其他廠商MOSFET的性能。作為電子工程師，在為電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)選擇MOSFET時(shí)，OptiMOS? 7無(wú)疑是一個(gè)值得考慮的優(yōu)秀選擇。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否也遇到過(guò)類似的MOSFET選型問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。