onsemi NTH4L060N065SC1 SiC MOSFET深度解析

在电子工程领域，功率MOSFET一直是电源设计中的关键元件。今天要给大家详细介绍的是安森美（onsemi）的NTH4L060N065SC1，一款650V、44mΩ、47A的N沟道SiC功率MOSFET，采用TO247 - 4L封装。

文件下载：onsemi NTH4L060N065SC1碳化硅 (SiC) MOSFET.pdf

一、产品特性亮点

低导通电阻

典型导通电阻在不同栅源电压下表现出色。当$V{GS}=18V$时，典型$R{DS(on)} = 44m\Omega$；当$V{GS}=15V$时，典型$R{DS(on)} = 60m\Omega$。低导通电阻意味着在导通状态下，MOSFET的功率损耗更小，效率更高，这对于提高电源系统的整体效率至关重要。大家在实际设计中，不妨思考一下如何充分利用这个特性来优化电路的性能呢？

超低栅极电荷与低电容

超低的栅极总电荷$Q{G(tot)} = 74nC$，以及低输出电容$C{oss}=133pF$，使得该MOSFET在开关过程中能够快速响应，减少开关损耗，提高开关频率。这对于高频开关电源设计来说，无疑是非常有利的。

雪崩测试与高温性能

经过100%雪崩测试，保证了器件在雪崩状态下的可靠性。同时，其最高结温$T_{J}=175^{\circ}C$，能够在高温环境下稳定工作，适应各种恶劣的应用场景。

环保特性

该器件无铅且符合RoHS标准，满足环保要求，这在当今注重环保的大环境下，是很多工程师在选择器件时会考虑的因素。

二、典型应用场景

• 开关模式电源（SMPS）：凭借其低导通电阻和快速开关特性，能够有效提高SMPS的效率和功率密度。
• 太阳能逆变器：在太阳能发电系统中，需要高效的功率转换，该MOSFET的高性能可以满足太阳能逆变器对效率和可靠性的要求。
• 不间断电源（UPS）：为了保证在市电中断时能够及时供电，UPS需要快速响应和高效的功率转换，NTH4L060N065SC1正好可以胜任这一任务。
• 能量存储系统：在能量存储和释放过程中，需要精确的功率控制和高效的转换，该MOSFET能够为能量存储系统提供稳定可靠的支持。

三、最大额定值与注意事项

参数	符号	值	单位
漏源电压	$V_{DSS}$	650	V
栅源电压	$V_{GS}$	- 8/+22	V
推荐栅源电压工作值（$T_{C}<175^{\circ}C$）	$V_{GSop}$	- 5/+18	V
连续漏极电流（稳态，$T_{C}=25^{\circ}C$）	$I_{D}$	47	A
功率耗散（稳态，$T_{C}=25^{\circ}C$）	$P_{D}$	176	W
连续漏极电流（稳态，$T_{C}=100^{\circ}C$）	$I_{D}$	33	A
功率耗散（稳态，$T_{C}=100^{\circ}C$）	$P_{D}$	88	W
脉冲漏极电流（$T_{C}=25^{\circ}C$）	$I_{DM}$	152	A
工作结温和存储温度范围	$T{J},T{stg}$	- 55 to +175	$^{\circ}C$
源极电流（体二极管）	$I_{S}$	35	A
单脉冲漏源雪崩能量（$L_{(pk)} = 10.1A,L = 1mH$）	$E_{AS}$	51	mJ
焊接时最大引脚温度（距外壳1/8"，5s）	$T_{L}$	260	$^{\circ}C$

需要注意的是，超过最大额定值可能会损坏器件，影响其功能和可靠性。同时，整个应用环境会影响热阻数值，这些数值并非恒定不变，仅在特定条件下有效。而且脉冲额定值受最大结温限制，单脉冲漏源雪崩能量$E_{AS}$是基于特定的起始条件计算得出的。

四、电气特性分析

关断特性

• 漏源击穿电压：$V{(BR)DSS}$在$V{GS}=0V$，$I_{D}=1mA$时为650V，其温度系数为 - 0.15V/$^{\circ}C$。这意味着随着温度的升高，漏源击穿电压会略有下降。
• 零栅压漏极电流：$I{DSS}$在$V{GS}=0V$，$V{DS}=650V$，$T{J}=25^{\circ}C$时为10μA，$T_{J}=175^{\circ}C$时为1mA。温度升高会导致漏极电流增大，在高温环境下需要特别关注。
• 栅源泄漏电流：$I{GSS}$在$V{GS}= + 18/ - 5V$，$V_{DS}=0V$时为250nA，泄漏电流较小，说明栅源之间的绝缘性能较好。

导通特性

• 栅极阈值电压：$V{GS(TH)}$在$V{GS}=V{DS}$，$I{D}=6.5mA$时，最小值为1.8V，典型值为2.8V，最大值为4.3V。这是MOSFET开始导通的关键参数，在设计驱动电路时需要根据这个参数来确定合适的栅极驱动电压。
• 推荐栅极电压：$V_{GOP}$为 - 5V到 + 18V，在这个电压范围内，MOSFET能够稳定可靠地工作。
• 漏源导通电阻：$R{DS(on)}$在不同的栅源电压和温度条件下有所不同。例如，在$V{GS}=15V$，$I{D}=20A$，$T{J}=25^{\circ}C$时，典型值为60mΩ；在$V{GS}=18V$，$I{D}=20A$，$T{J}=25^{\circ}C$时，典型值为44mΩ，最大值为70mΩ；在$V{GS}=18V$，$I{D}=20A$，$T{J}=175^{\circ}C$时，典型值为50mΩ。温度升高会导致导通电阻增大，这会增加功率损耗，在设计散热系统时需要考虑这个因素。
• 正向跨导：$g{fs}$在$V{DS}=10V$，$I_{D}=20A$时为12S，反映了栅源电压对漏极电流的控制能力。

电荷、电容与栅极电阻

• 输入电容：$C{iss}$在$V{GS}=0V$，$f = 1MHz$，$V_{DS}=325V$时为1473pF，这个电容会影响MOSFET的开关速度和驱动功率。
• 输出电容：$C{oss}=133pF$，反向传输电容$C{rss}=13pF$，这些电容对开关过程中的电压和电流变化有影响。
• 总栅极电荷：$Q{G(tot)} = 74nC$，栅源电荷$Q{gs}=20nC$，栅漏电荷$Q_{gd}=23nC$，这些电荷参数决定了栅极驱动电路需要提供的电荷量。
• 栅极电阻：$R_{G}$在$f = 1MHz$时为3.9Ω，栅极电阻会影响栅极信号的传输和开关速度。

开关特性

• 导通延迟时间：$t{d(on)} = 11ns$，上升时间$t{r}=14ns$，导通过程快速，能够减少导通损耗。
• 关断延迟时间：$t{d(off)} = 24ns$，下降时间$t{f}=11ns$，关断过程也比较迅速，降低了关断损耗。
• 导通开关损耗：$E{ON}=45mJ$，关断开关损耗$E{OFF}=18mJ$，总开关损耗$E_{tot}=63mJ$，开关损耗较小，有利于提高系统效率。

漏源二极管特性

• 连续漏源二极管正向电流：$I{SD}$在$V{GS}=-5V$，$T_{J}=25^{\circ}C$时为35A。
• 脉冲漏源二极管正向电流：$I_{SDM}$为152A。
• 正向二极管电压：$V{SD}$在$V{GS}=-5V$，$I{SD}=20A$，$T{J}=25^{\circ}C$时为4.3V。
• 反向恢复时间：$t{rr}=17.7ns$，反向恢复电荷$Q{rr}=90.6nC$，反向恢复能量$E{rec}=8.7mJ$，峰值反向恢复电流$I{RRM}=10.2A$，电荷时间$T{a}=9.8ns$，放电时间$T{b}=7.8ns$。这些参数对于理解漏源二极管的反向恢复特性非常重要，在设计电路时需要考虑反向恢复过程对电路的影响。

五、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、二极管正向电压与电流的关系、栅源电压与总电荷的关系、电容与漏源电压的关系、非钳位电感开关能力、最大连续漏极电流与外壳温度的关系、安全工作区、单脉冲最大功率耗散、结到外壳的热响应等。这些曲线能够帮助工程师更直观地了解MOSFET在不同工作条件下的性能，在实际设计中可以根据这些曲线来优化电路参数，确保MOSFET工作在最佳状态。

六、封装尺寸

该MOSFET采用TO - 247 - 4LD封装，文档中给出了详细的封装尺寸图和尺寸数据。在进行PCB布局时，需要根据这些尺寸来合理安排MOSFET的位置和引脚连接，确保其与其他元件之间的间距合适，便于散热和布线。

七、总结

安森美（onsemi）的NTH4L060N065SC1 SiC功率MOSFET具有低导通电阻、超低栅极电荷、低电容、高雪崩耐量、高温稳定性好等优点，适用于多种电源应用场景。在使用过程中，工程师需要充分了解其最大额定值、电气特性和典型特性曲线，根据实际应用需求合理设计电路，确保器件能够发挥最佳性能，同时要注意避免超过最大额定值，保证系统的可靠性和稳定性。希望通过这篇文章，能够帮助大家更好地了解和使用这款MOSFET。大家在实际应用中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区留言分享。