安森美SiC MOSFET：NVBG070N120M3S解析与应用

在电力电子领域，碳化硅（SiC）MOSFET以其卓越的性能逐渐成为众多应用的首选功率器件。今天我们来详细探讨安森美（onsemi）的一款SiC MOSFET——NVBG070N120M3S，它在汽车和工业应用中展现出了强大的竞争力。

文件下载：onsemi NVBG070N120M3S碳化硅 (SIC) MOSFET.pdf

1. 关键特性与优势

低导通电阻与超低栅极电荷

NVBG070N120M3S典型导通电阻（$R{DS(on)}$）在$V{GS}=18V$时为$65m\Omega$，超低的栅极总电荷（$Q_{G(tot)} = 57nC$）。低导通电阻意味着在导通状态下功率损耗更低，而超低栅极电荷则能减少开关过程中的能量损耗，提高开关速度。想象一下，在一个高频率的开关电源中，低导通电阻和低栅极电荷能显著降低发热，提高整个系统的效率。

高速开关与低电容

该器件具有低电容特性，输出电容（$C_{oss}$）为$57pF$。低电容使得开关过程中电容充放电时间更短，从而实现高速开关。高速开关不仅能提高系统的工作频率，还能减小滤波器等外围元件的尺寸，使整个电源系统更加紧凑。

雪崩测试与汽车级认证

NVBG070N120M3S经过100%雪崩测试，保证了在极端情况下的可靠性。同时，它通过了AEC - Q101认证并具备PPAP能力，适用于汽车级应用。对于汽车电子系统，可靠性是至关重要的，这款器件的这些特性为汽车电子的稳定运行提供了保障。

环保合规

该器件是无卤的，并且符合RoHS标准（豁免条款7a），采用无铅二级互连（2LI），满足环保要求。在当今对环保要求日益严格的背景下，这样的设计使得产品更具市场竞争力。
 

封装尺寸

2. 典型应用场景

汽车车载充电器

在电动汽车的车载充电器中，需要高效、可靠的功率器件来实现电池的快速充电。NVBG070N120M3S的低损耗和高速开关特性能够提高充电器的效率，缩短充电时间，同时其汽车级认证也保证了在汽车复杂环境下的可靠性。

电动汽车/混合动力汽车的DC/DC转换器

DC/DC转换器在电动汽车的电力系统中起着关键作用，它需要将高压电池的电压转换为适合不同车载设备使用的电压。NVBG070N120M3S的高性能能够满足DC/DC转换器对效率和功率密度的要求，为电动汽车的电力系统提供稳定的电源。

3. 电气与热特性分析

最大额定值

参数	符号	值	单位
漏源电压	$V_{DSS}$	1200	V
栅源电压	$V_{GS}$	-10/+22	V
推荐栅源工作电压（$T_c<175^{\circ}C$）	$V_{GSop}$	-3/+18	V
连续漏极电流（$T_c = 25^{\circ}C$稳态）	$I_D$	36	A
功率耗散（$T_c = 25^{\circ}C$）	$P_D$	172	W
连续漏极电流（$T_c = 100^{\circ}C$稳态）	$I_D$	25	A
功率耗散（$T_c = 100^{\circ}C$）	$P_D$	86	W
脉冲漏极电流（$T_c = 25^{\circ}C$）	$I_{DM}$	93	A
工作结温和存储温度范围	$TJ, T{stg}$	-55 to +175	$^{\circ}C$
源极电流（体二极管，$Tc = 25^{\circ}C$，$V{GS}=-3V$）	$I_S$	33	A
单脉冲漏源雪崩能量（$L(pk)=13.5A$，$L = 1mH$）	$E_{AS}$	91	mJ
最大焊接温度（10s）	$T_L$	270	$^{\circ}C$

从这些最大额定值中我们可以看出，该器件能够承受较高的电压和电流，并且具有较宽的温度工作范围。但在实际应用中，我们需要注意不要超过这些额定值，否则可能会损坏器件。

热特性

参数	符号	最大值	单位
结到壳稳态热阻	$R_{\theta JC}$	0.87	$^{\circ}C/W$
结到环境稳态热阻	$R_{\theta JA}$	40	$^{\circ}C/W$

热特性对于功率器件来说非常重要，较低的热阻意味着热量能够更快地散发出去，从而保证器件在正常的温度范围内工作。在设计散热系统时，我们需要根据这些热阻参数来选择合适的散热片和风扇等散热设备。

电气特性

关态特性

• 漏源击穿电压（$V{(BR)DSS}$）：在$V{GS}=0V$，$I_D = 1mA$时为1200V，这表明器件能够承受较高的反向电压。
• 漏源击穿电压温度系数：为$-0.3V/^{\circ}C$，说明随着温度的升高，击穿电压会略有下降。

开态特性

• 栅极阈值电压（$V{GS(TH)}$）：在$V{GS}=V_{DS}$，$I_D = 7mA$时，范围为$2.04 - 4.4V$。
• 推荐栅极电压（$V_{GOP}$）：为$-3$到$+18V$。
• 漏源导通电阻（$R{DS(on)}$）：在$V{GS}=18V$，$I_D = 15A$，$T_J = 25^{\circ}C$时典型值为$65m\Omega$，在$T_J = 175^{\circ}C$时为$136m\Omega$，温度对导通电阻有较大影响。

电荷、电容与栅极电阻

• 输入电容（$C{iss}$）：在$V{GS}=0V$，$f = 1MHz$，$V_{DS}=800V$时为$1230pF$。
• 输出电容（$C_{oss}$）：为$57pF$。
• 反向传输电容（$C_{Rss}$）：为$5pF$。
• 总栅极电荷（$Q{G(tot)}$）：在$V{GS}=-3/18V$，$V_{DS}=800V$，$I_D = 15A$时为$57nC$。

开关特性

• 开通延迟时间（$t_{d(ON)}$）：为$11ns$。
• 上升时间（$t_r$）：为$12ns$。
• 关断延迟时间（$t_{d(OFF)}$）：为$30ns$。
• 下降时间（$t_f$）：为$8.8ns$。
• 开通开关损耗（$E_{ON}$）：为$119\mu J$。
• 关断开关损耗（$E_{OFF}$）：为$36\mu J$。
• 总开关损耗（$E_{tot}$）：为$155\mu J$。

这些电气特性参数为我们在设计电路时提供了重要的依据，我们需要根据具体的应用需求来合理选择工作条件，以充分发挥器件的性能。

4. 典型特性曲线

文档中给出了一系列典型特性曲线，如导通区域特性、归一化导通电阻与漏极电流和栅极电压的关系、导通电阻随温度的变化、导通电阻与栅源电压的关系、传输特性、开关损耗与集电极电流的关系等。这些曲线直观地展示了器件在不同工作条件下的性能变化。例如，从导通电阻随温度的变化曲线中，我们可以看到随着温度的升高，导通电阻会增大，这就需要我们在高温环境下对电路进行适当的调整，以保证系统的稳定性。

5. 封装尺寸

该器件采用D2PAK - 7L封装，文档详细给出了封装的尺寸参数。在进行PCB设计时，我们需要根据这些尺寸参数来合理布局器件，确保引脚的连接和散热等方面的要求。同时，合适的封装尺寸也有利于提高整个系统的集成度。

6. 总结与思考

NVBG070N120M3S作为一款高性能的SiC MOSFET，在汽车和工业应用中具有很大的优势。其低损耗、高速开关、高可靠性和环保合规等特性使得它成为众多设计工程师的首选。但在实际应用中，我们也需要充分考虑其电气和热特性，合理设计电路和散热系统，以确保器件能够稳定、高效地工作。

作为电子工程师，我们在选择和使用这类器件时，还需要思考如何进一步优化电路设计，以充分发挥器件的性能。例如，如何通过优化栅极驱动电路来进一步降低开关损耗，如何根据实际应用场景来选择合适的散热方案等。这些都是我们在实际工作中需要不断探索和解决的问题。

你在使用SiC MOSFET时遇到过哪些挑战？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。