Рост электрификации в сфере электромобилей (EV), систем возобновляемой энергетики и центров обработки данных с ИИ оказывает повышенное давление на системы электропитания, требуя более высокой эффективности, меньших габаритов и охлаждения при работе. Это создает постоянную проблему: увеличение плотности мощности в сочетании с уменьшением размеров систем часто приводит к возникновению серьезных тепловых ограничений.
Это главная проблема, с которой сегодня сталкиваются разработчики систем электропитания. Эффективное управление тепловыделением стало критическим препятствием при проектировании. Мировые рынки ускоряют внедрение технологии карбида кремния (SiC), но тепловое проектирование часто является ограничивающим фактором. Традиционные решения по корпусированию часто с трудом справляются с тепловыми требованиями мощных SiC-приложений, что вынуждает идти на компромисс между характеристиками переключения и тепловой эффективностью.
Новые решения по корпусированию обеспечивают управление тепловыми режимами и эффективность в современных, более требовательных приложениях.
Проблема электрификации
Платы распределения питания уже перегружены и часто работают на пределе своих тепловых возможностей. Инженеры не могут позволить себе отводить избыточное тепло от силовых ключей на эти платы.
Два корпуса MOSFET, которые обычно известны своими относительно высокими тепловыми характеристиками, — это D2PAK (TO-263-7L) и TO-247-4L. Но в более ограниченном пространстве их недостатки становятся очевидными:
- TO-247-4L обеспечивает удовлетворительный отвод тепла, поскольку легко подключается к радиатору с помощью простого винтового зажима, который оставляет достаточный путь для рассеивания тепла. В ограниченном пространстве выводы, токопроводящие дорожки и конденсаторы в его окрестностях могут создавать большой коммутационный контур — сумму всех паразитных индуктивностей. Результатом могут стать значительные выбросы напряжения, снижение скорости переключения и более высокие потери при переключении.
- D2PAK решает проблему паразитной индуктивности, поскольку, будучи устройством для поверхностного монтажа (SMD), его короткие медные дорожки минимизируют площадь коммутационного контура. По сравнению с TO-247-4L, D2PAK действительно обеспечивает более высокую скорость переключения. Однако D2PAK вынужден рассеивать тепло через печатную плату (PCB), что приводит к большему тепловому сопротивлению между радиатором и устройством.
Разработчикам нужно решение, которое преодолевает эти компромиссы без ущерба для производительности и увеличения размера системы. Встречайте T2PAK.
Что отличает T2PAK
T2PAK сочетает в себе передовую технологию карбида кремния от onsemi с одним из наиболее широко используемых форматов корпусов с охлаждением верхней стороны (TSC). T2PAK уникально спроектирован для баланса между превосходным отводом тепла и отличными характеристиками переключения, объединяя преимущества как TO-247-4L, так и D2PAK без существенных недостатков.
Видео: T2PAK объяснение: Охлаждение верхней стороны трансформирует проектирование SiC-систем питания
TSC обеспечивает прямую тепловую связь между MOSFET и радиатором приложения в SMD-корпусе. Это позволяет отводить тепло от платы распределения питания непосредственно в систему охлаждения или металлический корпус системы, минуя тепловой барьер печатной платы, с которым сталкивается D2PAK. Преимущества включают:
- Превосходные тепловые характеристики — рассеивание тепла непосредственно в радиатор снижает рабочую температуру окружающей среды.
- Снижение теплового напряжения — отвод тепла от основной платы снижает тепловую нагрузку на другие компоненты, помогая поддерживать более низкую температуру печатной платы, продлевая срок службы и повышая надежность системы.
- Низкая паразитная индуктивность — такие устройства, как высокоэффективные при переключении NTT2023N065M3S и NVT2023N065M3S, отличаются очень низким общим зарядом затвора (≈74 нКл) и выходной емкостью (≈195 пФ), что обеспечивает большую надежность и сниженные потери.
- Гибкость проектирования — сочетание выдающегося показателя качества (FOM) EliteSiC и корпуса T2PAK с охлаждением верхней стороны позволяет создавать более эффективные конструкции приложений с меньшими габаритами.
Портфолио T2PAK предлагает широкий спектр опций, включая запланированный выпуск компонентов с сопротивлением 12 мОм, 16 мОм, 23 мОм, 32 мОм, 45 мОм и 60 мОм для MOSFET EliteSiC M3S на 650 В и 950 В.
- Соответствие требованиям: соответствует стандартам IEC 60664-1 по путям утечки для кратчайшего расстояния между двумя токопроводящими частями по поверхности изоляционного материала (минимум 5,6 мм)
- Измеренные тепловые характеристики: тепловое сопротивление «переход-корпус» составляет всего 0,35 °C/Вт для устройства на 12 мОм (лучше, чем у D2PAK)
- Гибкость монтажа: совместимость с жидкостными термоинтерфейсами, прокладками и керамическими изоляторами для оптимизации теплового стека
Влияние на рынок и применение
Мировое распространение образцов T2PAK продолжалось в течение 2025 года в Европе, Америке и Большом Китае. Этот корпус хорошо подходит для требовательных промышленных и автомобильных приложений.
T2PAK часто является наиболее востребованным корпусом для автомобильных приложений, таких как бортовые зарядные устройства (OBC), компоненты трансмиссии и зарядные станции для электромобилей. Поскольку OBC обычно имеет доступ к системе жидкостного охлаждения автомобиля, TSC позволяет отводить тепло от силовых ключей в систему через теплопроводящий интерфейс.
Более высокая эффективность использования мощности может быть достигнута за счет снижения паразитной индуктивности, поскольку устранение проблем с коммутационным контуром приводит к снижению потерь при переключении. Это, в сочетании с соблюдением стандартов IEC по путям утечки, помогает укрепить обязательства производителей по безопасности перед своими клиентами.
Корпуса TSC быстро завоевывают позиции в системах солнечной энергетики благодаря своей превосходной тепловой эффективности. T2PAK доказывает свою идеальность в новых и передовых инфраструктурных приложениях, таких как преобразование солнечной энергии и системы накопления энергии (ESS).
Центры обработки данных полагаются на стоечные блоки питания AC-DC и DC-DC, а также на блоки распределения питания. Вся архитектура гипермасштабируемых систем основана на простоте доступа к этим блокам питания и их замене. Поскольку жидкостное охлаждение становится обычным явлением в центрах обработки данных, встроенное охлаждение верхней стороны T2PAK хорошо интегрируется с конструкциями на холодных пластинах. Здесь свободно циркулирующий хладагент проходит по каналам, расположенным рядом с тепловыми интерфейсами, прикрепленными непосредственно к самым горячим чипам, отводя тепло от высокопроизводительных процессоров. В сочетании с иммерсионным охлаждением конструкции на холодных пластинах позволяют сократить выбросы парниковых газов на одну пятую, согласно недавнему исследованию.
Преодолевая тепловые проблемы, T2PAK позволяет разработчикам достичь более высокой производительности, большей надежности и упрощенного управления тепловыми режимами. Клиенты могут достичь высокой плотности мощности с помощью T2PAK по сравнению с обычными дискретными корпусами.
T2PAK также подходит для:
- Высоковольтных DC/DC преобразователей (автомобильных и промышленных)
- Промышленных импульсных источников питания (SMPS) для автоматизации и робототехники
- Промышленных приводов и высокоэффективных DC-DC преобразователей
Глобальное внедрение и перспективы на будущее
По мере развития систем электропитания будущие разработки будут все чаще полагаться на охлаждение верхней стороны для достижения строгих целей по эффективности и размерам. onsemi готова соответствовать моменту, предоставляя свою передовую технологию SiC в корпусе T2PAK.
Заключение
МОП-транзисторы EliteSiC в корпусе T2PAK TSC представляют собой технологический прорыв в области корпусирования, который служит стратегическим фактором развития электрификации. Обеспечивая превосходные тепловые характеристики, надежность и гибкость проектирования без обычных компромиссов, T2PAK преодолевает ограничения по пространству и теплоотводу, с которыми сталкиваются отрасли по всему миру. Решение T2PAK от onsemi доступно для широкого рынка, что обеспечивает повсеместный доступ к этой важнейшей технологии.
Узнайте больше
Изучите продукты EliteSiC T2PAK, ассортимент которых продолжает расширяться.
