Integrazione di MOSFET complementari per il controllo compatto dei motori

Toshiba Electronics Europe GmbH ha introdotto un nuovo dispositivo MOSFET doppio che integra transistor a canale N e a canale P all'interno di un unico package. Progettato per applicazioni di controllo motori e commutazione della potenza, il componente è destinato ad apparecchiature industriali e consumer con vincoli di spazio, dove la semplificazione dei circuiti, l'efficienza energetica e la riduzione del numero di componenti rappresentano requisiti progettuali sempre più importanti.

Progettazione di MOSFET complementari per circuiti di gestione della potenza
I progettisti di elettronica di potenza utilizzano frequentemente combinazioni di MOSFET a canale N e a canale P in azionamenti per motori, interruttori di carico e circuiti di distribuzione dell'energia. L'integrazione di entrambi i tipi di transistor in un unico package può ridurre l'area occupata sul circuito stampato (PCB), semplificare l'approvvigionamento dei componenti e diminuire la complessità dell'assemblaggio.

Il nuovo dispositivo combina un MOSFET a canale N e un MOSFET a canale P in un package compatto TSOP6F con dimensioni pari a 2,9 mm × 2,8 mm × 0,8 mm. Il package utilizza terminali piatti che favoriscono i processi di assemblaggio automatizzati e i layout PCB ad alta densità.

Le applicazioni previste includono il controllo monofase di motori brushless DC (BLDC), il controllo di motori DC con spazzole e le funzioni di commutazione dei carichi in elettronica di consumo, controllori industriali e sistemi di alimentazione.

Bassa e bilanciata resistenza nello stato di conduzione
Il MOSFET utilizza la tecnologia di processo UMOSVIIH di Toshiba per il transistor a canale N e la tecnologia UMOSVI per il transistor a canale P.

Una delle caratteristiche principali del dispositivo è il bilanciamento dei valori di resistenza drain-source nello stato di conduzione. Il MOSFET a canale N raggiunge un valore massimo di RDS(ON) pari a 46 mΩ con una tensione gate-source di 10 V, mentre il MOSFET a canale P raggiunge un valore massimo di RDS(ON) pari a 45 mΩ con una tensione gate-source di −10 V.

Valori di resistenza quasi identici contribuiscono a mantenere equilibrate le perdite di conduzione tra i due transistor. Nei circuiti di commutazione complementari, differenze significative di resistenza possono generare comportamenti termici non uniformi e aumentare la complessità progettuale. Caratteristiche di resistenza ben abbinate possono quindi semplificare l'ottimizzazione dei circuiti e la gestione termica.

Riduzione dello spazio sul PCB e consolidamento dei componenti
L'integrazione di MOSFET complementari in un unico package offre vantaggi che vanno oltre le prestazioni elettriche. Sostituendo due dispositivi discreti con un singolo componente, i progettisti possono ridurre l'area occupata sul PCB e diminuire il numero totale di componenti presenti nel sistema.

Questo approccio può inoltre contribuire a ridurre il costo della distinta base (BOM) e a semplificare la gestione delle scorte. Tali vantaggi risultano particolarmente rilevanti nei dispositivi consumer compatti e nei sistemi di controllo industriale, dove lo spazio disponibile sulla scheda è limitato e l'efficienza produttiva rappresenta una priorità.

Applicazioni nei sistemi di controllo motore
Il controllo dei motori rappresenta uno dei principali ambiti applicativi delle configurazioni MOSFET complementari. Negli azionamenti BLDC e nei sistemi con motori a spazzole, i MOSFET vengono utilizzati per commutare la corrente in modo efficiente riducendo al minimo la dissipazione di potenza.

La riduzione delle perdite di conduzione può migliorare l'efficienza complessiva del sistema e limitare la generazione di calore, un aspetto particolarmente importante nelle apparecchiature elettroniche chiuse. Le caratteristiche elettriche bilanciate della coppia di MOSFET integrata possono inoltre favorire prestazioni di commutazione più prevedibili nelle architetture di controllo motore.

Nelle applicazioni di commutazione dei carichi nei sistemi di alimentazione, il dispositivo può essere utilizzato per controllare i percorsi di distribuzione dell'energia riducendo al minimo la caduta di tensione attraverso lo stadio di commutazione.

Espansione del portafoglio di MOSFET doppi
Questo lancio amplia il portafoglio Toshiba di MOSFET doppi in package TSOP6F, che comprende diverse configurazioni progettate per differenti esigenze di gestione della potenza. La gamma include tre MOSFET doppi a canale N, un MOSFET doppio a canale P e due dispositivi complementari a canale N/P.

Questa selezione più ampia consente agli ingegneri di scegliere la configurazione più adatta in base ai requisiti di tensione, corrente, efficienza e layout, senza modificare il formato del package.

Tendenze nella miniaturizzazione e nell'efficienza dei semiconduttori
La domanda di maggiore efficienza energetica e di sistemi elettronici più compatti continua a influenzare lo sviluppo dei semiconduttori nei settori dell'automazione industriale e dell'elettronica di consumo. Le strategie di integrazione MOSFET che combinano più elementi di commutazione all'interno di un unico package vengono adottate sempre più spesso per supportare progetti compatti e ridurre le perdite di potenza.

Integrando tecnologie MOSFET complementari in un package a ingombro ridotto e mantenendo valori di resistenza strettamente bilanciati, il dispositivo risponde sia alle esigenze di miniaturizzazione sia ai requisiti di efficienza energetica delle moderne apparecchiature elettroniche.

Contesto aggiuntivo
Questa sezione riporta specifiche tecniche e confronti competitivi non inclusi nel comunicato stampa originale.

I dispositivi MOSFET complementari sono ampiamente disponibili presso produttori di semiconduttori quali Infineon Technologies, Nexperia, onsemi, ROHM Semiconductor e Vishay Intertechnology.

Con una tensione drain-source nominale di 30 V e valori massimi di resistenza nello stato di conduzione compresi tra circa 45 e 46 mΩ, il dispositivo si colloca nella categoria dei MOSFET a bassa tensione comunemente utilizzati nelle applicazioni di controllo motore e commutazione dei carichi. Prodotti comparabili disponibili nei package TSOP-6, SOT-23-6 e DFN sono generalmente destinati a intervalli di tensione compresi tra 20 V e 40 V e privilegiano basse perdite di conduzione per applicazioni industriali ed elettronica alimentata a batteria.

L'integrazione di MOSFET complementari in un unico package rappresenta un approccio consolidato per ridurre l'area occupata sul PCB. Tuttavia, valori di resistenza strettamente abbinati tra i dispositivi a canale N e a canale P continuano a rappresentare un importante elemento distintivo, poiché contribuiscono a semplificare il bilanciamento dei circuiti e la progettazione termica. Con la continua evoluzione verso dispositivi elettronici più compatti ed efficienti, le soluzioni MOSFET integrate trovano impiego crescente in azionamenti motore compatti, dispositivi portatili, sensori industriali e sistemi embedded di gestione dell'alimentazione.

Edito da Aishwarya Mambet, redattrice di Induportals, con il supporto dell’IA.

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