探索 onsemi NTH4L020N090SC1：高性能碳化硅 MOSFET 的卓越特性与应用潜力

在电子工程领域，功率半导体器件的性能对整个系统的效率、可靠性和成本有着至关重要的影响。近年来，碳化硅（SiC）MOSFET 凭借其优异的性能逐渐成为功率转换应用的首选。今天，我们就来深入探讨 onsemi 的 NTH4L020N090SC1 碳化硅 MOSFET，看看它在实际应用中究竟有何独特之处。

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产品概述

NTH4L020N090SC1 是 onsemi 推出的一款 N 沟道碳化硅 MOSFET，属于 EliteSiC 系列。它采用 TO - 247 - 4L 封装，具有 900V 的耐压能力和极低的导通电阻。在$V{GS}=15V$时，典型导通电阻$R{DS(on)}$仅为 20mΩ；当$V{GS}=18V$时，$R{DS(on)}$更是低至 16mΩ。这种低导通电阻特性使得该器件在功率转换过程中能够显著降低功耗，提高系统效率。
 

应用电路

关键特性分析

低导通电阻与低损耗

低导通电阻直接意味着更低的导通损耗。以典型应用场景中的 DC - DC 转换器为例，NTH4L020N090SC1 的低$R_{DS(on)}$能够减少在电流传导过程中的能量损失，从而提高转换器的效率。这不仅有助于降低系统的功耗，还能减少散热需求，降低散热成本和系统体积。工程师们在设计高功率密度的电源时，低导通电阻的 MOSFET 无疑是更好的选择。

超低栅极电荷

该器件的总栅极电荷$Q_{G(tot)}$仅为 196nC，超低的栅极电荷使得 MOSFET 在开关过程中所需的驱动能量更少。这不仅可以降低驱动电路的功耗，还能加快开关速度，减少开关损耗。在高频开关应用中，如 UPS 和逆变器，低栅极电荷的优势尤为明显，能够有效提高系统的开关频率和效率。

低有效输出电容

其有效输出电容$C{oss}$为 296pF，低$C{oss}$有助于减少在开关过程中存储在输出电容中的能量，从而降低开关损耗。特别是在硬开关应用中，低$C_{oss}$能够显著减少开关瞬间的电压尖峰和电流冲击，提高系统的可靠性和稳定性。

100% UIL 测试

NTH4L020N090SC1 经过 100% 的非钳位电感负载（UIL）测试，这意味着该器件在实际应用中能够承受更高的电压和电流冲击，具有更强的可靠性和抗干扰能力。在一些对可靠性要求极高的应用场景，如工业电源和电动汽车充电系统，经过 UIL 测试的 MOSFET 能够为系统提供更可靠的保障。

环保合规

该器件是无卤的，并且符合 RoHS 指令（豁免条款 7a），在二级互连（2LI）上是无铅的。这使得它在环保要求日益严格的今天，更符合市场和法规的要求，为工程师们提供了一个环保友好的选择。

电气特性详解

耐压与电流能力

• 漏源击穿电压：$V{(BR)DSS}$在$V{GS}=0V$，$I_{D}=1mA$的测试条件下，典型值为 900V，这表明该器件能够承受较高的反向电压，适用于高压应用场景。
• 连续漏极电流：在$T{C}=25^{\circ}C$时，连续漏极电流$I{DC}$可达 116A；在$T{C}=100^{\circ}C$时，$I{DC}$仍有 82A。这说明该器件在不同温度条件下都具有较强的电流承载能力，能够满足高功率应用的需求。

开关特性

• 开关时间：开通延迟时间$t{d(ON)}$为 29ns，上升时间$t{r}$为 28ns，关断延迟时间$t{d(OFF)}$为 54ns，下降时间$t{f}$为 14ns。快速的开关时间使得该器件在高频开关应用中能够减少开关损耗，提高系统效率。
• 开关损耗：开通开关损耗$E{ON}$为 611mJ，关断开关损耗$E{OFF}$为 293mJ，总开关损耗$E_{TOT}$为 904mJ。较低的开关损耗有助于提高系统的整体效率，降低发热。

二极管特性

• 正向电流：连续漏源二极管正向电流$I{SD}$在$V{GS}=-5V$，$T{J}=25^{\circ}C$时为 106A，脉冲漏源二极管正向电流$I{SDM}$在相同条件下可达 504A。这表明该器件的内置二极管具有较强的电流承载能力。
• 反向恢复特性：反向恢复时间$t{RR}$为 30ns，反向恢复电荷$Q{RR}$为 244nC，反向恢复能量$E{REC}$为 11mJ，峰值反向恢复电流$I{RRM}$为 16A。快速的反向恢复特性能够减少二极管在反向恢复过程中的损耗，提高系统效率。

典型应用场景

UPS（不间断电源）

在 UPS 系统中，NTH4L020N090SC1 的低导通电阻和低开关损耗特性能够显著提高电源的效率和可靠性。其高耐压能力和强电流承载能力使得它能够适应 UPS 系统在不同负载条件下的工作要求。同时，快速的开关速度有助于提高 UPS 的动态响应性能，确保在市电中断时能够迅速切换到备用电源，为负载提供稳定的电力供应。

DC - DC 转换器

在 DC - DC 转换器中，该器件的低导通电阻能够减少能量损失，提高转换效率。其低栅极电荷和低输出电容特性有助于实现高频开关，从而减小转换器的体积和重量。此外，高耐压能力和强电流承载能力使得它能够应用于不同功率等级的 DC - DC 转换器中，满足多样化的设计需求。

升压逆变器

在升压逆变器应用中，NTH4L020N090SC1 的高耐压能力和低导通电阻特性能够有效地提高逆变器的效率和输出功率。其快速的开关速度和低开关损耗有助于减少逆变器在开关过程中的能量损失，提高系统的整体性能。同时，强电流承载能力使得它能够适应逆变器在不同负载条件下的工作要求。

总结与展望

onsemi 的 NTH4L020N090SC1 碳化硅 MOSFET 凭借其低导通电阻、超低栅极电荷、低有效输出电容、高耐压能力和强电流承载能力等优异特性，在功率转换应用中展现出了巨大的优势。它不仅能够提高系统的效率和可靠性，还能降低系统的成本和体积。随着碳化硅技术的不断发展和应用需求的不断增加，相信 NTH4L020N090SC1 以及类似的碳化硅 MOSFET 器件将在更多的领域得到广泛应用。

作为电子工程师，我们在设计过程中需要充分考虑器件的特性和应用场景，合理选择和使用功率半导体器件。那么，在你的实际项目中，是否也遇到过对功率器件性能要求极高的情况呢？你又是如何选择合适的器件来满足设计需求的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。