安森美1200V碳化硅MOSFET：NTH4L013N120M3S的特性与应用分析

在电力电子领域，碳化硅（SiC）MOSFET凭借其卓越的性能，正逐渐成为众多应用的首选功率器件。今天，我们就来深入探讨安森美（onsemi）推出的一款1200V碳化硅MOSFET——NTH4L013N120M3S。

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器件概述

NTH4L013N120M3S属于EliteSiC系列，采用TO - 247 - 4L封装。它具有低导通电阻、低栅极电荷和低电容等特性，非常适合高速开关应用。其主要参数如下：	参数	数值
漏源击穿电压（V(BR)DSS）	1200V
典型导通电阻（RDS(on)）	13mΩ（VGS = 18V）
最大漏极电流（ID MAX）	151A

关键特性剖析

低导通电阻

在VGS = 18V时，典型的RDS(on)仅为13mΩ。低导通电阻意味着在导通状态下，器件的功率损耗更低，能够有效提高系统效率。这对于需要长时间连续工作的应用，如太阳能逆变器和电动汽车充电站等，尤为重要。想象一下，如果在一个大型太阳能逆变器系统中，使用导通电阻较高的器件，那么在长时间的运行过程中，会有大量的能量以热量的形式损耗掉，而低导通电阻的NTH4L013N120M3S则可以大大减少这种能量损耗。

超低栅极电荷

总栅极电荷QG(TOT)仅为254nC。低栅极电荷使得器件在开关过程中，驱动电路所需提供的电荷量减少，从而降低了驱动损耗，同时也有助于实现高速开关。在高速开关应用中，快速的开关速度可以减少开关损耗，提高系统的工作频率，进而减小系统的体积和重量。

低电容特性

输出电容Coss为262pF，较低的电容值使得器件在开关过程中的充放电时间更短，进一步提高了开关速度。而且，低电容还能减少开关过程中的电压尖峰和电磁干扰（EMI），提高系统的稳定性和可靠性。

雪崩测试

该器件经过100%雪崩测试，这意味着它在承受雪崩能量时具有较高的可靠性。在实际应用中，当电路中出现电压尖峰或浪涌时，器件能够承受这些异常能量而不损坏，保障了系统的安全性。

环保特性

此器件无卤化物，符合RoHS标准（豁免条款7a），并且在二级互连（2LI）上无铅，满足了现代电子设备对环保的要求。

典型应用场景

太阳能逆变器

太阳能逆变器需要高效地将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电。NTH4L013N120M3S的低导通电阻和高速开关特性，能够降低逆变器的功率损耗，提高转换效率，从而增加太阳能发电系统的发电量。同时，其高可靠性也保证了逆变器在复杂的户外环境下长期稳定运行。

电动汽车充电站

随着电动汽车的普及，对快速、高效的充电站需求日益增加。NTH4L013N120M3S的低损耗和高速开关能力，使得充电站能够更快速地为电动汽车充电，并且减少充电过程中的能量损耗，提高充电效率。

不间断电源（UPS）

UPS在电力中断时为关键设备提供应急电源。NTH4L013N120M3S的高可靠性和低损耗特性，能够确保UPS在关键时刻稳定工作，为设备提供可靠的电力保障。

储能系统

储能系统用于储存电能，并在需要时释放。NTH4L013N120M3S的高效性能有助于提高储能系统的充放电效率，减少能量损耗，延长储能系统的使用寿命。

开关模式电源（SMPS）

SMPS广泛应用于各种电子设备中，如电脑、通信设备等。NTH4L013N120M3S的高速开关和低损耗特性，能够提高SMPS的效率和功率密度，满足现代电子设备对小型化、高效化的需求。

电气特性详解

最大额定值

参数	符号	数值	单位
漏源电压	VDss	1200	V
栅源电压	VGs	-10/+22	V
推荐栅源电压（Tc < 175）	VGSop	-3/+18	V
连续漏极电流（Tc = 25℃）	ID	151	A
连续漏极电流（Tc = 100℃）	ID	107	A
功率耗散（Tc = 25℃）	PD	682	W
功率耗散（Tc = 100℃）	PD	340	W
脉冲漏极电流（Tc = 25℃）	IDM	505	A
工作结温和储存温度范围	TJ/Tstg	-55 to +175	℃
源极电流（体二极管，Tc = 25℃，VGs = -3V）	Is	151	A
单脉冲漏源雪崩能量	EAS	800	mJ
焊接时最大引脚温度（距外壳1/25"，10s）	TL	270	℃

需要注意的是，超过最大额定值可能会损坏器件，并且器件的热阻会受到整个应用环境的影响，并非恒定值。

热特性

参数	符号	典型值	最大值	单位
结到外壳热阻（稳态）	RaUC	0.17	0.22	℃/W
结到环境热阻（稳态）	R JA	-	40	℃/W

热特性对于器件的可靠性和性能至关重要。在设计电路时，需要根据实际应用情况，合理考虑散热措施，确保器件的结温在安全范围内。

电气特性

关态特性

• 漏源击穿电压（V(BR)DSS）：在VGS = 0V，ID = 1mA时，为1200V。其温度系数为 - 0.3V/℃，这意味着随着温度的升高，击穿电压会略有下降。
• 零栅压漏极电流（IDSS）：在VGS = 0V，VDS = 1200V，TJ = 25℃时，最大值为100μA。
• 栅源泄漏电流（IGSS）：在VGS = +22/ - 10V，VDS = 0V时，最大值为±1μA。

开态特性

• 栅极阈值电压（VGS(TH)）：在VGs = Vos，ID = 37mA时，典型值为2.8V。
• 推荐栅极电压（VGOP）：范围为 - 3V到 +18V。
• 漏源导通电阻（Rps(on)）：在VGs = 18V，ID = 75A，TJ = 25℃时，典型值为13mΩ；在TJ = 175℃时，典型值为29mΩ。随着温度的升高，导通电阻会增大，这是碳化硅MOSFET的一个重要特性，在设计时需要考虑到这一点。
• 正向跨导（gFS）：在Vos = 10V，Ip = 75A时，典型值为57S。

电荷、电容和栅极电阻

• 输入电容（Ciss）：在VGs = 0V，f = 1MHz，Vps = 800V时，为5813pF。
• 输出电容（Coss）：典型值为262pF。
• 反向传输电容（CRss）：为21pF。
• 总栅极电荷（QG(TOT)）：在VGs = - 3/18V，Vos = 800V，ID = 75A时，为254nC。
• 栅极电阻（RG）：在f = 1MHz时，为1.4Ω。

开关特性

• 开通延迟时间（td(ON)）：为22ns。
• 上升时间（tr）：为23ns。
• 关断延迟时间（ta(OFF)）：为56ns。
• 下降时间（tf）：为10ns。
• 开通开关损耗（EON）：为563mJ。
• 关断开关损耗（EOFF）：为390mJ。
• 总开关损耗（Etot）：为953mJ。

源 - 漏二极管特性

• 连续源 - 漏二极管正向电流（IsD）：在VGs = - 3V，Tc = 25℃时，最大值为151A。
• 脉冲源 - 漏二极管正向电流（ISDM）：最大值为505A。
• 正向二极管电压（VsD）：在VGs = - 3V，Isp = 75A，TJ = 25℃时，为4.7V。
• 反向恢复时间（tRR）：为29ns。
• 反向恢复电荷（QRR）：为252nC。
• 反向恢复能量（EREC）：为26mJ。
• 峰值反向恢复电流（IRRM）：为18A。
• 充电时间（TA）：为17ns。
• 放电时间（TB）：为12ns。

机械封装与尺寸

该器件采用TO - 247 - 4L封装（CASE 340CJ），详细的封装尺寸如下：

DIM	最小值（mm）	标称值（mm）	最大值（mm）
A	4.80	5.00	5.20
A1	2.10	2.40	2.70
A2	1.80	2.00	2.20
b	1.07	1.20	1.33
b1	1.20	1.40	1.60
b2	2.02	2.22	2.42
C	0.50	0.60	0.70
D	22.34	22.54	22.74
D1	16.00	16.25	16.50
D2	0.97	1.17	1.37
e	2.54 BSC	-	-
e1	5.08 BSC	-	-
E	15.40	15.60	15.80
E1	12.80	13.00	13.20
E/2	4.80	5.00	5.20
L	18.22	18.42	18.62
L1	2.42	2.62	2.82
p	3.40	3.60	3.80
p1	6.60	6.80	7.00
Q	5.97	6.17	6.37
S	5.97	6.17	6.37

在进行电路板设计时，需要根据这些尺寸合理布局器件，确保引脚间距和散热空间等符合要求。

总结

安森美NTH4L013N120M3S碳化硅MOSFET以其卓越的性能和丰富的特性，在众多电力电子应用中具有广阔的前景。电子工程师在设计相关电路时，需要充分考虑其各项参数和特性，结合实际应用需求，合理选择和使用该器件。同时，也要注意器件的最大额定值和热特性等因素，确保系统的可靠性和稳定性。你在使用碳化硅MOSFET时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。