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)出了強大的競爭力。

文件下載：onsemi NVBG070N120M3S碳化硅 (SIC) MOSFET.pdf

1. 關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

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間更短，從而實現(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，使整個電源系統(tǒng)更加緊湊。

雪崩測試與汽車級認證

NVBG070N120M3S經(jīng)過100%雪崩測試，保證了在極端情況下的可靠性。同時，它通過了AEC - Q101認證并具備PPAP能力，適用于汽車級應(yīng)用。對于汽車電子系統(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標準（豁免條款7a），采用無鉛二級互連（2LI），滿足環(huán)保要求。在當今對環(huán)保要求日益嚴格的背景下，這樣的設(shè)計使得產(chǎn)品更具市場競爭力。

封裝尺寸

2. 典型應(yīng)用場景

汽車車載充電器

在電動汽車的車載充電器中，需要高效、可靠的功率器件來實現(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，縮短充電時間，同時其汽車級認證也保證了在汽車復(fù)雜環(huán)境下的可靠性。

電動汽車/混合動力汽車的DC/DC 轉(zhuǎn)換器

DC/DC轉(zhuǎn)換器在電動汽車的電力系統(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)換器對效率和功率密度的要求，為電動汽車的電力系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源。

3. 電氣與熱特性分析

最大額定值

參數(shù)	符號	值	單位
漏源電壓	$V_{DSS}$	1200	V
柵源電壓	$V_{GS}$	-10/+22	V
推薦柵源工作電壓（$T_c<175^{\circ}C$）	$V_{GSop}$	-3/+18	V
連續(xù)漏極電流（$T_c = 25^{\circ}C$穩(wěn)態(tài)）	$I_D$	36	A
功率耗散（$T_c = 25^{\circ}C$）	$P_D$	172	W
連續(xù)漏極電流（$T_c = 100^{\circ}C$穩(wěn)態(tài)）	$I_D$	25	A
功率耗散（$T_c = 100^{\circ}C$）	$P_D$	86	W
脈沖漏極電流（$T_c = 25^{\circ}C$）	$I_{DM}$	93	A
工作結(jié)溫和存儲溫度范圍	$TJ, T{stg}$	-55 to +175	$^{\circ}C$
源極電流（體二極管，$Tc = 25^{\circ}C$，$V{GS}=-3V$）	$I_S$	33	A
單脈沖漏源雪崩能量（$L(pk)=13.5A$，$L = 1mH$）	$E_{AS}$	91	mJ
最大焊接溫度（10s）	$T_L$	270	$^{\circ}C$

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，否則可能會損壞器件。

熱特性

參數(shù)	符號	最大值	單位
結(jié)到殼穩(wěn)態(tài)熱阻	$R_{\theta JC}$	0.87	$^{\circ}C/W$
結(jié)到環(huán)境穩(wěn)態(tài)熱阻	$R_{\theta JA}$	40	$^{\circ}C/W$

熱特性對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)計散熱系統(tǒng)時，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，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$V{GS}=18V$，$I_D = 15A$，$T_J = 25^{\circ}C$時典型值為$65m\Omega$，在$T_J = 175^{\circ}C$時為$136m\Omega$，溫度對導(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$V{GS}=-3/18V$，$V_{DS}=800V$，$I_D = 15A$時為$57nC$。

開關(guān)特性

開通延遲時間（$t_{d(ON)}$）：為$11ns$。
上升時間（$t_r$）：為$12ns$。
關(guān)斷延遲時間（$t_{d(OFF)}$）：為$30ns$。
下降時間（$t_f$）：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)為我們在設(shè)計電路時提供了重要的依據(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)通電阻會增大，這就需要我們在高溫環(huán)境下對電路進行適當?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，文檔詳細給出了封裝的尺寸參數(shù)。在進行PCB設(shè)計時，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，合適的封裝尺寸也有利于提高整個系統(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。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)計工程師的首選。但在實際應(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，我們在選擇和使用這類器件時，還需要思考如何進一步優(yōu)化電路設(shè)計，以充分發(fā)揮器件的性能。例如，如何通過優(yōu)化柵極驅(qū)動電路來進一步降低開關(guān)損耗，如何根據(jù)實際應(yīng)用場景來選擇合適的散熱方案等。這些都是我們在實際工作中需要不斷探索和解決的問題。

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

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