我在“功率MOSFET – 48V系統(tǒng)中的重要組件 ”中簡單介紹了功率MOSFET的功能以及它們?nèi)绾芜m用于汽車應(yīng)用，例如48伏起動發(fā)電機(jī)的電機(jī)控制。 在本系列的最后一章中，我將講解最新MOSFET封裝解決方案的優(yōu)點(diǎn)，以及為何應(yīng)將它們作為大部分汽車系統(tǒng)的首選方案。 此外，我們還將深入探討其中一種重要的48伏系統(tǒng)，即48 V DC/DC轉(zhuǎn)換器，并快速瀏覽其基本功能和功率半導(dǎo)體內(nèi)容。

功率MOSFET封裝 – 銅夾封裝的優(yōu)點(diǎn)

功率MOSFET封裝向來尺寸較大，因?yàn)檫@提供了更好的散熱和性能，提高了器件整體安全性和可靠性。 TO-220、TO-247、I2PAK、DPAK和D2PAK等傳統(tǒng)封裝已經(jīng)使用多年，鑒于其成本和眾所周知的特性，一些供應(yīng)商仍在采用這些封裝。

但是，隨著汽車電子系統(tǒng)變得越來越先進(jìn)，功率MOSFET器件也必須變得更加高效。 因此，采用銅夾粘合技術(shù)的封裝悄然問世，取代了焊線技術(shù)用于MOSFET端子連接。 銅夾技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，包括更低的器件總電阻、更高的功率密度和更好的開關(guān)性能。

LFPAK就是此類封裝設(shè)計(jì)的一種，自2003年推出以來在許多汽車應(yīng)用中得到了廣泛認(rèn)可。 LFPAK的主要優(yōu)點(diǎn)是在熱性能要求苛刻的環(huán)境中具有更高性能，在此類環(huán)境中，器件電路板的可靠性至關(guān)重要。 另一關(guān)鍵技術(shù)因素是器件的引腳更短，可大幅度降低電感和封裝電阻。 相較于其他封裝，例如使用微引腳代替引腳的功率四側(cè)扁平無引腳(PQFN)封裝，外露引腳還有助于更好地處理應(yīng)力。

圖1顯示了LFPAK相較于傳統(tǒng)焊線DPAK的封裝尺寸改進(jìn)。 據(jù)估計(jì)，5 mm x 6 mm LFPAK（或LFPAK56）還不到DPAK總尺寸的一半，卻可提供更低的封裝電阻和更高的功率密度。

提高夾合LFPAK的封裝尺寸

LFPAK系列產(chǎn)品

在最初推出LFPAK56之后，因其日益普及，陸續(xù)又推出了不同的LFPAK變體，以滿足各種應(yīng)用需求。 圖2顯示了當(dāng)前的LFPAK系列產(chǎn)品。 該系列的一端是較低功率的產(chǎn)品，例如LFPAK56D （雙通道 - 一個(gè)封裝中有二個(gè)晶體管）和LFPAK33 (3 x 3 mm)封裝。 兩者均可大幅縮小封裝尺寸并提高功率密度。 在另一端有該系列產(chǎn)品最新添加的成員LFPAK88 (8 x 8 mm)，尺寸為64 mm2。 此封裝將在2019年初發(fā)布，旨在滿足高功率12伏應(yīng)用不斷增長的需求，當(dāng)然也將滿足重要的48伏應(yīng)用需求，包括48伏DC/DC轉(zhuǎn)換器。

LFPAK系列（LFPAK88計(jì)劃于2019年發(fā)布）

48伏DC/DC轉(zhuǎn)換器

12至48 V DC/DC轉(zhuǎn)換器在48伏汽車系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。 顧名思義，它將電壓電平從48伏總線轉(zhuǎn)換到12伏總線，反之亦然。 轉(zhuǎn)換器旨在提高系統(tǒng)效率并提供穩(wěn)定的電源，即使在啟停過程中關(guān)閉發(fā)動機(jī)或車輛滑行時(shí)也是如此。

圖3總結(jié)了兩種電壓電平之間的轉(zhuǎn)換器功能。 在48伏輕度混合的情況下，只要皮帶起動發(fā)電機(jī)(BSG)將能量恢復(fù)為48伏電池，轉(zhuǎn)換器就能將該功率傳輸?shù)?2伏負(fù)載。 如前所述，轉(zhuǎn)換器也可以從12伏電池傳輸功率，以起動發(fā)動機(jī)，并在高速公路上滑行期間支持駕駛功能。

48V 直流/直流轉(zhuǎn)換器框圖

*諸如電動助力轉(zhuǎn)向(EPS)等一些應(yīng)用最初將保持在12 V總線上

從功率半導(dǎo)體的角度來看48伏DC/DC轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器需要復(fù)雜的MOSFET電路進(jìn)行短路保護(hù)、相位切換和12伏反向電池保護(hù)。 圖4突出顯示了這些主要區(qū)域和相應(yīng)的MOSFET電壓要求。 此外，MOSFET開關(guān)需要具有非常低的電阻(RDS（開啟）< 1 m?)，以降低損耗，并能夠消散大量產(chǎn)生的熱量。

48V 直流/直流轉(zhuǎn)換器功能塊

在封裝解決方案中使用銅夾封裝技術(shù)可以滿足這些需求，例如LFPAK88，對于40伏的器件可達(dá)到低至0.7 m?的電阻。 此外，該8 mm x 8 mm LFPAK可耐受約325安的連續(xù)電流。

總而言之，48伏DC/DC轉(zhuǎn)換器等系統(tǒng)需要大量高效且實(shí)用的電子元件。 值得注意的是，除了MOSFET，二極管和邏輯門等器件也在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。

未來發(fā)展趨勢

在本博客系列中，我重點(diǎn)介紹了車輛電氣化這個(gè)不斷發(fā)展的話題，以及它如何影響汽車和功率半導(dǎo)體行業(yè)。 深入探討一些48伏系統(tǒng)并理解其工作原理和具體要求很有必要。 毫無疑問，48伏系統(tǒng)將成為汽車行業(yè)的新主流。 它支持將車輛動能恢復(fù)為48伏電池，可讓內(nèi)燃機(jī)汽車變得更加高效。

長遠(yuǎn)來看，48伏系統(tǒng)也可以應(yīng)用于其他形式的電氣化車輛，如完全混合動力汽車、插電式混合動力汽車和純電動汽車。 從功率半導(dǎo)體的角度來看，更具體地說是MOSFET，市場對更好、更高效的MOSFET的需求將持續(xù)存在。 因此，制造商需要不斷創(chuàng)新，并確保跟上最新的技術(shù)趨勢。 也正因如此，LFPAK等封裝將在提升系統(tǒng)效率和安全性方面發(fā)揮重要的作用。