东芝功率器件 Toshiba Discrete Devices for Power Supply 31 Aug. 2013　

目录 东芝集团业务简介 东芝分立器件简介 功率器件的发展趋势（高压MOS，低压MOS） 新材料功率器件（SiC，GaN） 电源的拓扑结构及东芝功率器件的产品线 AC-DC：Flyback，Forward，Half Bridge，Full Bridge DC-DC：Forward，Push Pull，Half Bridge，Full Bridge（Isolation type） 东芝官网分立器件参数模拟快速入门 销售渠道

东芝集团业务简介

通过能源技术和存储技术的创新以及信息技术提供解决方案

东芝集团业务分布

各种业务领域的状态和目标

半导体&存储产品公司

东芝分立器件简介

分立器件简介 分立器件 标准的逻辑器件 小信号分立器件 Power MOS FET（ HV-MOS/LV-MOS） C-MOS Logic / 1 Gate Logic 标准的逻辑器件 Bus Switch Level Shifter MOS FET/BRT Diode（SW/SBD / ESD etc） 小信号分立器件 OP-AMP/Comparator Load Sw IC / Regulator RF Tr / Di SOI Switch 分立器件 Power MOS FET（ HV-MOS/LV-MOS） Power MOS FET（HV-MOS / LV-MOS） BJT IGBT / IEGT Power Di（SBD / ZD） 功率器件 Intelligent Power Device（HV-IPD / LV-IPD） Compound Material（SiC / GaN power） PhotoCoupler Fiber Coupler（TOSLINK） 光耦 White LED 12

大功率器件 工业变频器1700-4500V PMI PPI 牵引、电力转换器、工业变频器 电力机车 变频器 电力转换器

功率器件发展趋势

主要的产品 SiC HV-MOS GaN LV-MOS 1 0.1 1 10 100 1000 10000 针对于大功率 重点推出第四代 高速开关的应用 Voltage（kV） 重点推出第四代 DTMOSⅣ. LV-MOS U-MOSⅧ 致力于提高效率 Frequency（kHz） 1 10 100 1000 10000

东芝功率MOSFET的发展蓝图 CY：2010 2011 2012 2013 2014 15 U-MOSⅧ-H（30V） Ⅸ-H VDSS U-MOSⅦ-H（30V） 　　　U-MOSⅧ-H（30V） Ⅸ-H U-MOSⅣ U-MOSⅨ-H （40V-120V） 100V U-MOSⅧ-H（60V-120V） 　　　U-MOSⅧ-H （150V / 200V / 250V） 200V 　　p-MOSⅤ p-MOSⅦ （200V / 250V / 300V） 300V p-MOS p-MOSⅦ （400V / 500V / 600V / 650V） DTMOS 400V p-MOSⅥ 500V DTMOSⅢ（600V） DTMOSⅣ（600V / 650V） Fast Diode added DTMOSⅣ High Speed Switching DTMOSⅤ （500V / 600V / 650V ） 600V DTMOSⅡ （600V / 650V） DTMOSⅢ（700V / 4A） p-MOSⅣ （800V / 900V） 700V p-MOS p-MOSⅧ （800V / 900V） HV-DTMOS （800V / 900V ） 800V 900V CY：2010　 2011　 2012　 2013　 2014　 15 13 13

东芝功率MOSFET封装发展蓝图 3x3mm for LVMOS（U-MOS series） Both-Side Cooling 5x6mm for LVMOS（U-MOS series） 8x8mm DFN for DTMOS （Since DTMOSⅣ） Standard D-pak since p-MOSⅦ & DT3 Standard I-pak for HVMOS（Since DTMOSⅢ） Standard D2-pak，I2-pak for HVMOS（Since DTMOSⅢ） Standard TO-220 for HVMOS and LVMOS（SR-MOS） TO-220SIS（FP）for HVMOS and LVMOS（SR-MOS） TO-3P（N）for HVMOS（p-MOS / DTMOS） TO-247 for DTMOS TO-3P（L）for HVMOS（High Current） CY：2010　 2011　 2012　 2013　 2014　 15 14 14

Super Junction MOSFET（DTMOS）研发趋势 1. Single-EPI（SE）Process Multi EPI 　　　　　　　　Single-EPI DTMOS拥有超低内阻和丰富的封装，可以支持更高效率，更紧凑的电源设计方案 50 A 40 B 【Ron*A Improvement】 In the same die size RDSon can be reduced“30%” In the same RDSon Die size can reduce 30% C DTMOSⅠ 30 DTMOSⅡ RonA（mWcm2） DTMOSⅢ C B 20 2013-07-03　トレンド図更新 C Size： Chip Size RDSon： On resistance New Generations DTMOSⅣ DT4 Size=100 RDSon=70 10 C Target for future Gen. DTMOSⅤ DT3 Size=100 RDSon=100 ‘01 ‘03 ‘05 ‘07 ‘09 ‘11 ‘13 ‘15 DT4 Size=70 RDSon=100

DTMOS Ⅳ最新工艺Single-EPI的优势 Ron・A Improvement（Normalized） Si limit（88） -MOSⅦ（100%） DTMOSⅢ（ME）（25%） DTMOSⅣ（SE）（16%） ME limit（20） Super Junction Type SE limit（8.8） Single-EPI工艺可使得制程时间减少33% Multi EPI： ▲33% Single-EPI：

Improvement by Fine patterning and Optimized Vertical profile DTMOSⅣ性能的优化 New Series DTMOSⅠ 2007 DTMOSⅡ 2008 DTMOS Ⅲ　 2011 DTMOSⅣ　 2012 DTMOS Ⅲ，Ⅳ development concept Part Number TK20A60T TK20A60U TK18A60V TK16A60 “W” “V”=DTMOSⅢ series “W”= DTMOSⅣseries Spec 600V / 20A 0.19Ωmax 600V / 18A 0.19Ωmax 600V / 15.8A 0.19Ωmax Line up with Lower RDS （ON） Ron x A 25mΩ･cm2 22.5mΩ･cm2 20mΩ･cm2 14mΩ･cm2 DT3 improved 12%， DT4 target as 30% improved more compared with current gen Qg （typ） 30nC 27nC 39nC 38nC Optimized Qg characteristics for lower EMI noise （improvement controllability） Ron x Qg （typ） 5.0Ω･nC （=0.165 x 30） 4.5Ω･nC （=0.165 x 27） 6.4Ω･nC （=0.165 x 39） 6.3Ω･nC （=0.165 x 38） Improvement by Fine patterning and Optimized Vertical profile Optimization Gate layout and structure We will consider the additional line up（other voltage，with HSD etc... ）due to the market inquiry

DTMOSⅣ的优势 DTMOSⅣ优化了内阻的温度系数 A1 A2 B1 SE工艺使得在MOS管在较高的结温状态下也能保持较低的内阻，从而可以提高电源模块的效率。 B2

Conditions：VDS=0 to 400V，VGS=0，Ta=25℃ DTMOSⅣ：Eoss Conditions：VDS=0 to 400V，VGS=0，Ta=25℃ DTMOSII：TK20A60U Competitor B 20% reduction Competitor A DTMOSIII：TK18A60V 12% reduction DTMOSIV：TK16A60W Eoss（mJ） 超级结的独特结构造成了较高的输出电容，从而导致电源模块在轻载时效率不好。相比于DTMOSⅢ，DTMOSⅣ的输出电容减少了12%，从而提高了在轻载时的效率。 19

DTMOSⅣ：效率的评估（120W SMPS） ・Efficiency vs. Output Conditions：120W SPS board PFC stage，Rg=10Ω ：DTMOSII 0.19Ωmax ：DTMOSIII 0.19Ωmax ：DTMOSIV 0.19Ωmax ：IPA60R199CP 0.199Ω ：IPA60R190C6 0.19Ω ：SPA20N60C3 0.19Ω

LVMOS发展蓝图（Silicon） U-MOSⅦ U-MOSⅧ U-MOSⅨ U-MOSⅣ / Ⅵ U-MOSⅨ U-MOSⅧ （CY） Main Market 2011 2012 2013 2014 2015 Nch 30V NBPC Li ion battery DC-DC Game Server 40V AC-DC Automotive Motor 60-120V 150-250V Pch 20-100V PMS U-MOSⅦ U-MOSⅧ U-MOSⅨ TPCA8055-H Ron=1.9mOhm（max）@10V TPHR9003NH Ron=0.9mOhm（max）@10V U-MOSⅣ / Ⅵ U-MOSⅨ Ron=0.7m（typ.）@10V in SOP Advance U-MOSⅧ U-MOSⅨ TK100E10N1： Ron=3.4mOhm（max）@10V in TO-220 TPH4R50ANH：Ron=4.5mOhm（max）@10V in SOP Advance Pi-MOSⅤ/ Ⅶ U-MOSⅧ Best-in-class RonCiss U-MOSⅣ U-MOSⅧ RonA=16mΩ*mm2（30V） RonA = 10.8mΩ*mm2 （30V）

U-MOSⅧ-H扩大了产品线，可以满足不同市场的需求

U-MOSⅧ-H效率的对比（LVMOS） TK65E10N1（U-MOSⅧ/100V / 4.0mΩtyp） Test condition：120W NBPC ADP，Vin=100VAC，Vout=19.5V Test condition：120W NBPC ADP，Vin= 100VAC， Vout=19.5V VDS=100V VDS=120V TK72E12N1（U-MOSⅧ / 120V / 4.4mΩ） TK65E10N1（U-MOSⅧ/100V / 4.0mΩtyp） Competitor A（120V / 4.1mΩ） 优势!! Competitor A（100V / 3.9mΩtyp） 优势!! TK72E12N1一直保持了较高的效率 ！ 轻载时 TK65E10N1更好！

新材料功率器件 SiC & GaN

复合型原材料的应用领域 1. SiC器件：相比于Si，可以实现低损耗&大容量 2. GaN器件：相比于Si，可以实现低损耗&更快的开关速度

原材料物理性能的对比 Si SiC（4H） GaN Band gap 1.12eV 3.26eV 3.39eV Electron mobility 1400cm2 / Vs 1000cm2 / Vs 1000~2000cm2 / Vs Relative permittivity 11.8 9.7 9.0 Breakdown electric field 0.3MV / cm 2.2 - 2.5MV / cm 3.3MV / cm Thermal Conductivity 1.5W / cm·K 4.9W / cm·K 1.3W / cm·K Feature It is easy to purchase and process it Low cost Low resistance Low leakage current at high temperature Available for high temperature operation Ron·A limit at 600V （theoretical value） 70mΩ·cm2 0.14mΩ·cm2 0.02mΩ·cm2 SiCやGaNはバンドギャップが広いため、絶縁破壊電界が高い。絶縁破壊電界が高いと、不純物を高濃度にドーピングした薄い層で維持できるため低オン抵抗が実現できる。特にオン抵抗は耐圧の2乗に比例し、絶縁破壊電界の3乗に反比例することから高耐圧系で差が顕著に表れる。 GaNの高速スイッチングは電子移動度が大きいことに起因しているが、数MHzでスイッチングさせるにはHEMTのようにAlGaN＋GaNの海面に発生する2次元電子ガスのような媒体の助けが必要。 高温度保証に関しては、破壊温度（融点）が高いということもあるが、リーク電流が小さいことが主要因。これはバンドギャップが広いため、電子-正孔対の生成が非常に起こりにくいことからリーク電流が小さい。

Ron・A Limit of Si，SiC，GaN（Theoretical value） Ron・A [mΩ・cm2] GaN VDSS [V]

SiC-SBD产品线 *Under development VRRM （V） Current rating （A） 650 6 8 10 TO-220 （2Leads） D2PAK （1 pin N.C） TO-220FP （2Leads） TO-247 （Center Tap） 650 6 TRS6E65C MP: OK TRS6G65C* ES: Oct.13 MP: Jan.14 TRS6A65C* ES: 3Q.13 MP: 4Q.13 8 TRS8E65C MP: OK TRS8G65C* ES: Oct.13 MP: Jan.14 TRS8A65C* ES: 3Q.13 10 TRS10E65C ES: OK MP: Aug.13 TRS10G65C* ES: Oct.13 MP: Jan.14 TRS10A65C* ES: 3Q.13 12 TRS12E65C MP: OK TRS12G65C* ES: Oct.13 MP: Jan.14 TRS12A65C* ES: 3Q.13 TRS12N65D* ES: Oct.13 MP: Dec.13 16 TRS16N65D* ES: Oct.13 20 TRS20N65D* ES: Oct.13 24 TRS24N65D* ES: Oct.13

电源的拓扑结构及 东芝功率器件的产品线 29

各种应用的开关电源及其电路结构 功率MOS管是开关电源的主要的器件 开关电源 Separately Excited Up to around 70W （Constant operating frequency） AC-DC Flyback Power Supplies 开关电源 AC-DC Resonant Half / Ful-Bridge Power Supplies Up to around 800W （Constant operating frequency） Self-Excited Up to around 40W （Variable operating frequency） Power supplies for FPD TVs Desktop PCs Servers Notebook PC adaptors Chargers for portable products LCD adaptors PC peripherals Power supplies Standby power supplies and small adapters AC-DC Forward Power Supplies Up to around 200W （Constant operating frequency） game consoles Multifunction printers Industrial power supplies DC-DC Converters Isolated Non-isolated Output：Around 50W On-board DC-DC Converters Notebook PCs Power supplies for CPUs Regulator circuits Communications equipment 30

主要的电源拓扑结构 DC-DC non-Isolated Flyback Type Forward Type Electrical Outlet PFC DC-DC Converter Rectifier AC-DC Secondary side AC-DC（PFC） Non-Isolated DC-DC Primary side Flyback Type Forward Type Half-Bridge Type Full-Bridge Type DC-DC non-Isolated

反击式AC-DC 反击式AC-DC Flyback PFC 反击式的拓扑结构是最简单，且元器件应用最少的一种拓扑，适用于低功率的电源。 VIN= 220VAC - + Detect & Compare Control Circuit PFC Control Switch High-voltage MOSFET Main Switch High-voltage MOSFET Secondary Switch Low-voltage Output PFC Flyback AC-DC

正激式AC-DC 正激式AC-DC Forward PFC Secondary Switch Low-voltage VIN= 220VAC - + Detect & Compare Control Circuit Main Switch High-voltage MOSFET Secondary Switch Low-voltage MOSFET PFC Control Switch High-voltage MOSFET Output Forward PFC AC-DC

半桥式AC-DC 半桥谐振AC-DC PFC Half-Bridge 半桥谐振电源适用于从150W至1kW相对较高的大功率电源应用。两个晶体管与输入供电电压串联连接，降低输入电压适于变压器初级端的半桥结构。这部分也可能应用低压的晶体管。 - + Detect & Compare Control Circuit Secondary Switch Low-voltage MOSFET （Synchronous rectification） Output Half-Bridge VIN= 220VAC PFC AC-DC Main Switch High-voltage MOSFET PFC Control Switch High-voltage MOSFET

全桥AC-DC AC-DC转换器（隔离 / 全桥） Full Bridge PFC 隔离的DC-DC转换器广泛用于初级端和次级端电压变化较大的变压器。隔离正激式转换器和隔离全桥式转换器可以达到800W。大部分PC 电源使用隔离式DC-DC转换器。 Control Circuit Drive Circuit Secondary Switch Low-voltage MOSFET Main Switch High-voltage MOSFET Output VIN= 220VAC - + PFC AC-DC Full Bridge

DC-DC Conversion Low-voltage MOSFET DC-DC转换器将一个直流电从一个电压级别到另一个电压级别。然而非隔离DC-DC转换器被初级端用于1W-30W的转换，高于100W需要增加一个MOSFET。许多DC-DC转换器被应用于变得更小更轻，功能丰富的移动电话和移动设备。 - + DC-DC Controller DC-DC Conversion Low-voltage MOSFET Output

隔离的DC-DC转换器的拓扑结构 正激 推挽 半桥 全桥 MOSFET VDSS Primary：100-250V +Vin +Vout Drive Circuit Control Circuit +Vin Control Circuit +Vout Drive Circuit 半桥 全桥 +Vin Control Circuit +Vout Drive Circuit +Vin Control Circuit +Vout Drive Circuit MOSFET VDSS Primary：100-250V Secondary：20-150V

DTMOSⅣ（VDS=600V）产品线（Schedule as CY） ID （A） Ron Max D-PAK （TO-252） I-PAK （TO-253） I2-PAK （TO-262） D2-PAK （TO-263） 8x8mm DFN TO-220 TO-220SIS TO-3P（N） TO-247 TO-3P（L） 5.4A 0.9Ω TK5P60W ES: OK MP: OK TK5Q60W ES: OK MP: OK TK5A60W ES: OK MP: OK 6.2A 0.75Ω TK6P60W ES: OK TK6Q60W ES: OK　　　　　　　　 MP: OK TK6A60W ES: OK MP: OK 7A 0.6Ω TK7P60W ES: OK MP: OK TK7Q60W ES: OK MP: OK TK7A60W 8A 0.5Ω TK8P60W ES: OK　 TK8Q60W ES: OK MP: OK TK8A60W ES: OK MP: OK 9.8A 0.38Ω TK10P60W ES: OK MP: OK TK10Q60W ES: OK　　　　　　　　　　 MP: OK TK10V60W ES: OK MP: Aug.13 TK10E60W ES: OK MP: OK TK10A60W ES: OK MP: OK 11.5A 0.3Ω TK12P60W ES: OK　　　　　　　　　　 MP: OK TK12Q60W ES: OK　　　　　　　　　　 MP: OK TK12V60W TK12E60W　　　　ES: OK MP: OK TK12A60W ES: OK MP: OK TK12J60W ES: OK 15.8A 0.19Ω TK16C60W ES: OK MP: Aug.13 TK16G60W ES: OK MP: OK TK16V60W ES: OK TK16E60W ES: OK MP: OK TK16A60W ES: OK MP: OK TK16J60W ES: OK MP: OK TK16N60W ES: OK （20）A 0.16Ω TK20C60W ES: OK TK20G60W ES: OK TK20V60W TK20E60W ES: OK TK20A60W ES： OK TK20J60W ES： Feb.12 TK20N60W ES: OK 30.8A 0.088Ω TK31V60W ES: OK TK31E60W ES: OK TK31A60W ES: OK MP: OK TK31J60W ES: OK MP: OK TK31N60W ES: OK MP: OK 38.8A 0.065Ω Under investigation TK39A60W ES：OK TK39J60W ES: OK MP: OK TK39N60W ES: OK MP: Aug.13 61.8A 0.038Ω TK62J60W ES: OK MP: OK TK62N60W ES: OK MP: Aug.13 100A 0.018Ω TK100L60W ES: OK Schedule as CY Already on MP 0.82Ω 0.82Ω 0.43Ω 0.43Ω 0.34Ω 0.34Ω Low Rdson only available by DTMOS4 Variety of package lineups! （8x8 and TO-247 are newly added）

DTMOSⅣ（VDS=600V，快恢复二极管）产品线（Scheduled as CY） Already on MP RDS（ON） max. D-PAK （TO-252） D2-PAK （TO-263） TO-220 TO-220SIS TO-3P（N） TO-247 （0.65-0.67） TK7P60W5 ES: OK MP: Sep.13 TK7A60W5 （0.54-0.56） TK8P60W5（0.56Ω） TK8A60W5（0.54Ω） 0.45 TK10A60W5 0.23 TK16G60W5 MP: Oct.13 TK16E60W5 TK16A60W5 MP: OK TK16J60W5 TK16N60W5 0.175 TK20A60W5 MP: Aug.13 TK20J60W5 0.099 TK31J60W5 TK31N60W5 0.074 TK39J60W5 TK39N60W5 （0.045） TK62J60W5

DTMOSⅣ（VDS=650V）产品线（Scheduled as CY） RDS（ON） max. D2-PAK （TO-263） I2-PAK （TO-262） TO-220 TO-220SIS TO-247 0.39 TK11A65W ES: OK MP: Aug.13 0.25 TK14G65W MP: Sep.13 TK14C65W TK14E65W TK14A65W ES: OK TK14N65W ES: OK （0.2） TK17E65W TK17A65W TK17N65W ES: OK （0.11） TK28N65W ES： OK MP：Oct.13 （0.080） TK35A60W TK35N65W ES: OK （0.055）Ω TK49N65W TO-220SIS TO-247

DTMOSⅣ（VDS=650V，快恢复二极管）产品线（Schedule as CY） R DS（ON） max. D2-PAK （TO-263） I2-PAK （TO-262） TO-220 TO-220SIS TO-247 0.3 TK14G65W5 ES: Aug.13 MP: Oct.13 TK14C65W5 TK14E65W5 TK14A65W5 ES: OK TK14N65W5 ES: OK （0.23） TK17A65W5 （0.13） TK28N65W5 ES: Aug.13 （0.095） TK35A60W5 TK35N65W5 ES: Aug.13 （0.057） TK49N65W5 ES: Aug.13 TO-220SIS TO-247

UMOSⅧ-H应用于全桥中间母线电源转换器（1） Full-Bridge Bus Converter （Vin=36-75V，Vout=12V） 150-250W Primary & Secondary 250-750W Primary & Secondary ORing

UMOSⅧ-H应用于隔离的DC-DC转换器（2） Isolated Forward Converter（<100W） （Vin=36-75V，Vout=3.3-12V） Primary Secondary （Vout=12V） Secondary （Vout=3.3-5V）

UMOSⅧ-H应用于隔离的DC-DC转换器（3） Half-Bridge Converter（100-200W） （Vin=36-75V，Vout=3.3-5V） Primary Secondary

UMOSⅧ-H应用于负载点（非隔离DC-DC转换器） POL（Non-Isolated DC-DC） （Vin=12V） POL

东芝官网分立器件参数模拟快速入门

网页模拟器入口（To be high-lighted more） 设计/支持-网页模拟器

什么是网页模拟器？ （1） 应用设计器 For MOSFET For LDO/Load SW 交互式规格书 设计记录（即将启用）

什么是网页模拟器？（2） 交互式产品说明（电气的特性模拟） 应用设计（电源电路的模拟） ID-VDS Qg Buck Conv. Switching Simulation

什么是网页模拟器？（3） 第二步 生成 注册&登录

目前网页模拟器上的产品 19

网页模拟器的首页（外部服务器） #2 #3 #1

#1：MOSFET的交互式产品说明书（部分选择）

#1：MOSFET交互式产品规格书（分析） 选择模拟测试条件 选择测试条件 或者点击这个按钮开始默认值进行全部的测试

#1：MOSFET交互式产品规格书（摘要） 下载PDF版本的总结报告

#1：通用电路分析程序 列表

#2：交互式应用设计（设计要求） 设置测试条件 选择电路拓扑 非隔离降压DC-DC 全桥DC-DC 反激DC-DC PFC+全桥AC-DC

#2：交互式应用设计器（产品选择） 为了匹配测试条件 按照VDSS分类推荐FET 高边和初级端的FET的选择 低边和次级端FET的选择

（如果想改变某个元件，可以直接点击此元件） #2：交互式应用设计（分析） 可变的电路/驱动条件 （如果想改变某个元件，可以直接点击此元件） 可选择的驱动条件 可变的驱动电压

#2：交互式应用设计（波形） 测量标记 可选择的波形

#2：交互式应用设计器（摘要） 下载PDF格式的报告

#3：交互式设计注释（部分选择）

#3：交互设计注释（设计要求）

#3：交互式设计注释（分析） 可调整测试条件（点击想改变的器件）

销售渠道

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