安森美SiC MOSFET：NVBG070N120M3S解析與應(yīng)用

在電力電子領(lǐng)域，碳化硅（SiC）MOSFET以其卓越的性能逐漸成為眾多應(yīng)用的首選功率器件。今天我們來詳細(xì)探討安森美（onsemi）的一款SiC MOSFET——NVBG070N120M3S，它在汽車和工業(yè)應(yīng)用中展現(xiàn)出了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力。

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1. 關(guān)鍵特性與優(yōu)勢(shì)

低導(dǎo)通電阻與超低柵極電荷

NVBG070N120M3S典型導(dǎo)通電阻（$R{DS(on)}$）在$V{GS}=18V$時(shí)為$65m\Omega$，超低的柵極總電荷（$Q_{G(tot)} = 57nC$）。低導(dǎo)通電阻意味著在導(dǎo)通狀態(tài)下功率損耗更低，而超低柵極電荷則能減少開關(guān)過程中的能量損耗，提高開關(guān)速度。想象一下，在一個(gè)高頻率的開關(guān)電源中，低導(dǎo)通電阻和低柵極電荷能顯著降低發(fā)熱，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。

高速開關(guān)與低電容

該器件具有低電容特性，輸出電容（$C_{oss}$）為$57pF$。低電容使得開關(guān)過程中電容充放電時(shí)間更短，從而實(shí)現(xiàn)高速開關(guān)。高速開關(guān)不僅能提高系統(tǒng)的工作頻率，還能減小濾波器等外圍元件的尺寸，使整個(gè)電源系統(tǒng)更加緊湊。

雪崩測(cè)試與汽車級(jí)認(rèn)證

NVBG070N120M3S經(jīng)過100%雪崩測(cè)試，保證了在極端情況下的可靠性。同時(shí)，它通過了AEC - Q101認(rèn)證并具備PPAP能力，適用于汽車級(jí)應(yīng)用。對(duì)于汽車電子系統(tǒng)，可靠性是至關(guān)重要的，這款器件的這些特性為汽車電子的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

環(huán)保合規(guī)

該器件是無鹵的，并且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)（豁免條款7a），采用無鉛二級(jí)互連（2LI），滿足環(huán)保要求。在當(dāng)今對(duì)環(huán)保要求日益嚴(yán)格的背景下，這樣的設(shè)計(jì)使得產(chǎn)品更具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

封裝尺寸

2. 典型應(yīng)用場(chǎng)景

汽車車載充電器

在電動(dòng)汽車的車載充電器中，需要高效、可靠的功率器件來實(shí)現(xiàn)電池的快速充電。NVBG070N120M3S的低損耗和高速開關(guān)特性能夠提高充電器的效率，縮短充電時(shí)間，同時(shí)其汽車級(jí)認(rèn)證也保證了在汽車復(fù)雜環(huán)境下的可靠性。

電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車的DC/DC轉(zhuǎn)換器

DC/DC轉(zhuǎn)換器在電動(dòng)汽車的電力系統(tǒng)中起著關(guān)鍵作用，它需要將高壓電池的電壓轉(zhuǎn)換為適合不同車載設(shè)備使用的電壓。NVBG070N120M3S的高性能能夠滿足DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)效率和功率密度的要求，為電動(dòng)汽車的電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

3. 電氣與熱特性分析

最大額定值

從這些最大額定值中我們可以看出，該器件能夠承受較高的電壓和電流，并且具有較寬的溫度工作范圍。但在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要注意不要超過這些額定值，否則可能會(huì)損壞器件。

熱特性

熱特性對(duì)于功率器件來說非常重要，較低的熱阻意味著熱量能夠更快地散發(fā)出去，從而保證器件在正常的溫度范圍內(nèi)工作。在設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)時(shí)，我們需要根據(jù)這些熱阻參數(shù)來選擇合適的散熱片和風(fēng)扇等散熱設(shè)備。

電氣特性

關(guān)態(tài)特性

• 漏源擊穿電壓（$V{(BR)DSS}$）：在$V{GS}=0V$，$I_D = 1mA$時(shí)為1200V，這表明器件能夠承受較高的反向電壓。
• 漏源擊穿電壓溫度系數(shù)：為$-0.3V/^{\circ}C$，說明隨著溫度的升高，擊穿電壓會(huì)略有下降。

開態(tài)特性

• 柵極閾值電壓（$V{GS(TH)}$）：在$V{GS}=V_{DS}$，$I_D = 7mA$時(shí)，范圍為$2.04 - 4.4V$。
• 推薦柵極電壓（$V_{GOP}$）：為$-3$到$+18V$。
• 漏源導(dǎo)通電阻（$R{DS(on)}$）：在$V{GS}=18V$，$I_D = 15A$，$T_J = 25^{\circ}C$時(shí)典型值為$65m\Omega$，在$T_J = 175^{\circ}C$時(shí)為$136m\Omega$，溫度對(duì)導(dǎo)通電阻有較大影響。

電荷、電容與柵極電阻

• 輸入電容（$C{iss}$）：在$V{GS}=0V$，$f = 1MHz$，$V_{DS}=800V$時(shí)為$1230pF$。
• 輸出電容（$C_{oss}$）：為$57pF$。
• 反向傳輸電容（$C_{Rss}$）：為$5pF$。
• 總柵極電荷（$Q{G(tot)}$）：在$V{GS}=-3/18V$，$V_{DS}=800V$，$I_D = 15A$時(shí)為$57nC$。

開關(guān)特性

• 開通延遲時(shí)間（$t_{d(ON)}$）：為$11ns$。
• 上升時(shí)間（$t_r$）：為$12ns$。
• 關(guān)斷延遲時(shí)間（$t_{d(OFF)}$）：為$30ns$。
• 下降時(shí)間（$t_f$）：為$8.8ns$。
• 開通開關(guān)損耗（$E_{ON}$）：為$119\mu J$。
• 關(guān)斷開關(guān)損耗（$E_{OFF}$）：為$36\mu J$。
• 總開關(guān)損耗（$E_{tot}$）：為$155\mu J$。

這些電氣特性參數(shù)為我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)提供了重要的依據(jù)，我們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求來合理選擇工作條件，以充分發(fā)揮器件的性能。

4. 典型特性曲線

文檔中給出了一系列典型特性曲線，如導(dǎo)通區(qū)域特性、歸一化導(dǎo)通電阻與漏極電流和柵極電壓的關(guān)系、導(dǎo)通電阻隨溫度的變化、導(dǎo)通電阻與柵源電壓的關(guān)系、傳輸特性、開關(guān)損耗與集電極電流的關(guān)系等。這些曲線直觀地展示了器件在不同工作條件下的性能變化。例如，從導(dǎo)通電阻隨溫度的變化曲線中，我們可以看到隨著溫度的升高，導(dǎo)通電阻會(huì)增大，這就需要我們?cè)诟邷丨h(huán)境下對(duì)電路進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

5. 封裝尺寸

該器件采用D2PAK - 7L封裝，文檔詳細(xì)給出了封裝的尺寸參數(shù)。在進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)時(shí)，我們需要根據(jù)這些尺寸參數(shù)來合理布局器件，確保引腳的連接和散熱等方面的要求。同時(shí)，合適的封裝尺寸也有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的集成度。

6. 總結(jié)與思考

NVBG070N120M3S作為一款高性能的SiC MOSFET，在汽車和工業(yè)應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。其低損耗、高速開關(guān)、高可靠性和環(huán)保合規(guī)等特性使得它成為眾多設(shè)計(jì)工程師的首選。但在實(shí)際應(yīng)用中，我們也需要充分考慮其電氣和熱特性，合理設(shè)計(jì)電路和散熱系統(tǒng)，以確保器件能夠穩(wěn)定、高效地工作。

作為電子工程師，我們?cè)谶x擇和使用這類器件時(shí)，還需要思考如何進(jìn)一步優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮器件的性能。例如，如何通過優(yōu)化柵極驅(qū)動(dòng)電路來進(jìn)一步降低開關(guān)損耗，如何根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景來選擇合適的散熱方案等。這些都是我們?cè)趯?shí)際工作中需要不斷探索和解決的問題。

你在使用SiC MOSFET時(shí)遇到過哪些挑戰(zhàn)？你是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。