探索 onsemi NXH40B120MNQ0SNG 双升压功率模块的卓越性能

在电子工程领域，功率模块的性能对于众多应用的效率和可靠性起着关键作用。今天，我们将深入探讨 onsemi 的 NXH40B120MNQ0SNG 双升压功率模块，了解其特点、参数以及典型应用。

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模块概述

NXH40B120MNQ0SNG 是一款集成了双升压级的功率模块，采用了碳化硅（SiC）MOSFET 和 SiC 二极管。这种设计使得模块具有较低的传导损耗和开关损耗，能够帮助工程师实现高效率和卓越的可靠性。该模块适用于太阳能逆变器和不间断电源（UPS）等典型应用。

碳化硅（SiC）MOSFET和SiC二极管在功率模块中具有显著优势。SiC MOSFET具有高温工作能力，其材料本身的高导热率和热稳定性，使得它能适应高温环境，这对于一些特殊应用场景非常关键。同时，它的导通电阻很低，这意味着导通损耗小，有助于提高整个功率模块的效率。而且，SiC MOSFET的开关速度极快，适合高频应用，能够提升系统的工作频率。另外，由于导通电阻小，还可以实现较高的功率密度。SiC二极管则具有低反向恢复和快速开关的特性，能够减少开关损耗，提高系统的响应速度。在NXH40B120MNQ0SNG模块中，这些优势的结合使得模块在性能上有了很大的提升。
 

原理图

产品特性

电气特性

• BOOST MOSFET特性：在不同的测试条件下，该MOSFET展现出了良好的性能。例如，在零栅极电压漏极电流（$I{DSS}$）测试中，当$V{GS}=0V$，$V{DS} =1200V$，$T{J}= 25^{\circ}C$时，最大漏极电流为200μA。静态漏源导通电阻（$R{DS(on)}$）在$V{GS}=20V$，$I{D}=40 A$，$T{J} =25^{\circ}C$时，典型值为40mΩ，在$T{J}= 175^{\circ}C$时为60mΩ。这些参数表明，MOSFET在不同温度下的导通性能较为稳定。此外，它的开关损耗也相对较低，在$T{J}=25^{\circ}C$，$V{DS} =700V$，$I{D}=40A$，$V{GS}=-5V/20V$，$R{G}=4.7Ω$的条件下，导通开关损耗（$E{on}$）典型值为255μJ，关断开关损耗（$E{off}$）典型值为125.5μJ。
• BOOST二极管特性：二极管的反向漏电流（$I{R}$）在$V{R}=1200V$时，最大值为400μA。正向电压（$V{F}$）在$I{F}=40 A$，$T{J}=25^{\circ}C$时，典型值为1.50V，在$T{J}=175^{\circ}C$时为2.17V。反向恢复时间（$t{rr}$）在$T{J}=25^{\circ}C$，$V{DS}=700V$，$I{D}=40A$，$V{GS}=-5V/20V$，$R{G}=4.7Ω$的条件下，典型值为16.7ns。这些特性使得二极管在电路中能够快速响应，减少能量损耗。
• 旁路二极管特性：旁路二极管的反向漏电流（$I{R}$）在$V{R}= 1200V$，$T{J}=25^{\circ}C$时，典型值为250μA。正向电压（$V{F}$）在$I{F} = 50 A$，$T{J}=25^{\circ}C$时，范围在1.11 - 1.3V之间，在$T_{J}=150^{\circ}C$时为1.00V。

热特性

模块的热特性对于其可靠性至关重要。热阻方面，芯片到外壳的热阻（$R{thJC}$）和芯片到散热器的热阻（$R{thJH}$）在不同的组件中有不同的数值。例如，BOOST MOSFET的$R{thJC}$在热阻油脂厚度为2.1Mil ±2%，导热系数为2.9W/mK的条件下，典型值为0.81K/W，$R{thJH}$为1.26K/W。这些热阻参数有助于工程师设计合适的散热方案，确保模块在工作过程中能够保持合适的温度。

热敏电阻特性

热敏电阻的标称电阻（$R{25}$）为22kΩ，在$T = 100^{\circ}C$时，$R{100}$为1486Ω。其阻值偏差（$ΔR/R$）在±5%以内，功率耗散（$P_{D}$）为200mW，功率耗散常数为2mW/K。B值（$B(25/50)$和$B(25/100)$）的公差为±3%，分别为3950K和3998K。这些特性使得热敏电阻能够准确地监测模块的温度变化。

绝对最大额定值和推荐工作范围

绝对最大额定值

文档中列出了一系列的绝对最大额定值，如最大电压、最大电流、最大温度等。例如，最大重复反向电压（$V{RRM}$）为1200V，最大结温（$T{Jmax}$）为175°C等。需要注意的是，超过这些额定值可能会损坏器件，影响其功能和可靠性。

推荐工作范围

推荐的模块工作结温（$T{J}$）范围为40°C到$T{Jmax}$（25°C）。在这个范围内工作，可以确保模块的性能和可靠性。超出推荐范围的长时间工作可能会对器件造成损害。

典型特性曲线

文档中提供了大量的典型特性曲线，包括MOSFET的导通区域特性、转移特性，BOOST二极管和旁路二极管的正向特性等。这些曲线直观地展示了模块在不同工作条件下的性能变化。例如，通过典型的导通损耗与漏极电流（$I{D}$）的关系曲线，工程师可以了解到在不同电流下的导通损耗情况，从而优化电路设计。再如，反向恢复能量损耗与$I{D}$和$R_{G}$的关系曲线，有助于工程师选择合适的电阻值，以降低反向恢复损耗。

封装和订购信息

封装

该模块采用QOPACK - Case 180AJ封装，具有无铅和无卤化物的焊针。封装的尺寸和引脚位置在文档中都有详细的说明，同时还提供了机械外形图和推荐的安装模式。这些信息对于电路板的设计和模块的安装非常重要。

订购信息

可订购的部件编号为NXH40B120MNQ0SNG，每盒包装24个单元。详细的订购和运输信息可以在数据手册的第4页找到。

总结与思考

NXH40B120MNQ0SNG双升压功率模块凭借其集成的SiC MOSFET和SiC二极管，在效率和可靠性方面具有明显的优势。其丰富的电气和热特性参数为工程师提供了详细的设计依据。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求，合理选择工作参数，设计合适的散热方案，以充分发挥该模块的性能。同时，通过对典型特性曲线的分析，可以进一步优化电路设计，提高系统的整体性能。大家在实际使用这款模块的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的设计经验呢？欢迎在评论区分享交流。