onsemi碳化硅MOSFET NTHL020N120SC1深度剖析

在电子工程师的日常工作中，功率器件的选择对于电路性能起着关键作用。今天，我们就来深入了解一下安森美（onsemi）的碳化硅（SiC）MOSFET——NTHL020N120SC1。

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1. 器件概述

NTHL020N120SC1是一款N沟道MOSFET，采用TO - 247 - 3L封装。它具备诸多出色特性，适用于多种应用场景。

特性亮点

• 低导通电阻：典型的 (R_{DS(on)} = 20 mOmega)，这意味着在导通状态下，器件的功率损耗较低，能有效提高电路效率。
• 超低栅极电荷和电容：(Q{G(tot)} = 203 nC)，(C{oss}=260 pF)，这使得器件在开关过程中能够快速响应，降低开关损耗。
• 全面测试：经过100% UIL测试，确保了器件的可靠性。
• 环保合规：该器件是无卤的，并且符合RoHS标准（豁免7a），二级互连为无铅（Pb - Free 2LI）。

典型应用

适用于UPS（不间断电源）、DC - DC转换器、升压逆变器等应用，在这些应用中，其高性能能够充分发挥优势。

2. 最大额定值

器件的最大额定值是设计时必须严格遵守的参数，超过这些值可能会损坏器件，影响其功能和可靠性。

参数	符号	值	单位
漏源电压	(V_{DSS})	1200	V
栅源电压	(V_{GS})	±25 / ±15	V
推荐的栅源电压工作值	(V_{GSop})	(T_{C}<175^{circ}C)下	- 5 / + 20	V
稳态连续漏极电流（(T_{C}=25^{circ}C)）	(I_{D})	103	A
功率耗散（(T_{C}=25^{circ}C)）	(P_{D})	535	W
稳态连续漏极电流（(T_{C}=100^{circ}C)）	(I_{D})	73	A
功率耗散（(T_{C}=100^{circ}C)）	(P_{D})	267	W
脉冲漏极电流（(T_{A}=25^{circ}C)）	(I_{DM})	412	A
工作结温和存储温度范围	(T{J}, T{stg})	- 55 至 + 175	°C
源极电流（体二极管）	(I_{S})	54	A
单脉冲漏源雪崩能量（(I_{L(pk)} = 23 A, L = 1 mH)）	(E_{AS})	264	mJ

3. 热阻参数

热阻是衡量器件散热能力的重要指标，它受到整个应用环境的影响，并非固定常数。

参数	符号	值	单位
结到壳热阻（注1）	(R_{JC})	0.28	°C/W
结到环境热阻（注1）	(R_{JA})	40	°C/W

注：整个应用环境会影响热阻数值，这些数值仅在特定条件下有效。

4. 电气特性

关断特性

• 漏源击穿电压：(V{(BR)DSS})在(V{GS} = 0 V)，(I{D} = 1 mA)时为1200 V，其温度系数为900 mV / °C（(I{D} = 1 mA)，参考25°C）。
• 零栅压漏极电流：在不同温度下有不同表现，(V{GS} = 0 V)，(V{DS} = 1200 V)，(T{J} = 25^{circ}C)时为 - 100 μA；(T{J} = 175^{circ}C)时为250 μA。
• 栅源泄漏电流：(V{GS} = ±25 / ±15 V)，(V{DS} = 0 V)时为±1 μA。

导通特性

• 栅极阈值电压：(V{GS(th)})在(V{GS} = V{DS})，(I{D} = 20 mA)时，范围为1.8 - 4.3 V。
• 推荐栅极电压：(V_{GOP})为 - 5 至 + 20 V。
• 漏源导通电阻：在不同温度和电流条件下有所不同，(V{GS} = 20 V)，(I{D} = 60 A)，(T{J} = 25^{circ}C)时，典型值为20 mΩ，最大值为28 mΩ；(T{J} = 175^{circ}C)时，典型值为35 mΩ，最大值为50 mΩ。
• 正向跨导：(g{FS})在(V{DS} = 10 V)，(I_{D} = 60 A)时，典型值为28 S。

电荷、电容及栅极电阻特性

• 输入电容：(C{ISS})在(V{GS} = 0 V)，(f = 1 MHz)，(V_{DS} = 800 V)时为2890 pF。
• 输出电容：(C_{oss})为260 pF。
• 反向传输电容：(C_{RSS})为22 pF。
• 总栅极电荷：(Q{G(tot)})在(V{GS} = - 5 / 20 V)，(V{DS} = 600 V)，(I{D} = 80 A)时为203 nC。
• 阈值栅极电荷：(Q_{G(th)})为33 nC。
• 栅源电荷：(Q_{GS})为66 nC。
• 栅漏电荷：(Q_{GD})为47 nC。
• 栅极电阻：(R_{G})在(f = 1 MHz)时为1.81 Ω。

开关特性

• 导通延迟时间：(t{d(on)})在(V{GS} = - 5 / 20 V)，(V{DS} = 800 V)，(I{D} = 80 A)，(R_{G} = 2 Ω)，感性负载条件下为25 ns。
• 上升时间：(t_{r})为57 ns。
• 关断延迟时间：(t_{d(off)})为45 ns。
• 下降时间：(t_{f})为11 ns。
• 导通开关损耗：(E_{ON})为2718 μJ。
• 关断开关损耗：(E_{OFF})为326 μJ。
• 总开关损耗：(E_{TOT})为3040 μJ。

漏源二极管特性

• 连续漏源二极管正向电流：(I{SD})在(V{GS} = - 5 V)，(T_{J} = 25^{circ}C)时为54 A。
• 脉冲漏源二极管正向电流：(I{SDM})在(V{GS} = - 5 V)，(T_{J} = 25^{circ}C)时为412 A。
• 正向二极管电压：(V{SD})在(V{GS} = - 5 V)，(I{SD} = 30 A)，(T{J} = 25^{circ}C)时为3.7 V。
• 反向恢复时间：(t{rr})在(V{GS} = - 5 / 20 V)，(I{SD} = 80 A)，(di{S} / dt = 1000 A / μs)时为31 ns。
• 反向恢复电荷：(Q_{rr})为240 nC。
• 反向恢复能量：(E_{rec})为10 μJ。
• 峰值反向恢复电流：(I_{RRM})为15 A。

5. 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壳温的关系、安全工作区、单脉冲最大功率耗散、结到环境热响应等。这些曲线能够帮助工程师更好地理解器件在不同工作条件下的性能表现。

6. 封装信息

器件采用TO - 247 - 3LD封装，文档详细给出了封装的尺寸信息，包括各个尺寸的最小值、标称值和最大值。同时，还给出了标记图和订购信息，方便工程师进行器件的识别和采购。

7. 总结与思考

NTHL020N120SC1碳化硅MOSFET凭借其低导通电阻、低栅极电荷和电容等特性，在UPS、DC - DC转换器等应用中具有很大的优势。在设计电路时，工程师需要根据实际应用需求，严格遵守器件的最大额定值和热阻参数，合理利用其电气特性，以确保电路的性能和可靠性。大家在实际应用中，是否遇到过类似器件的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。