探索 onsemi NTBG022N120M3S SiC MOSFET：高性能與應(yīng)用潛力

作為電子工程師，我們總是在尋找那些能為設(shè)計(jì)帶來(lái)突破的組件。今天，我將深入探討 onsemi 的 NTBG022N120M3S SiC MOSFET，一款在功率應(yīng)用領(lǐng)域極具潛力的器件。

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產(chǎn)品概述

NTBG022N120M3S 是 onsemi 推出的 EliteSiC 系列碳化硅（SiC）MOSFET，采用 D2PAK - 7L 封裝。它具有 22 mΩ 的典型導(dǎo)通電阻（$R_{DS(on)}$）和 1200V 的耐壓能力，在多個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

內(nèi)部原理圖

封裝外形

關(guān)鍵特性與優(yōu)勢(shì)

卓越的電氣性能

• 低導(dǎo)通電阻：典型 $R{DS(on)}$ 在 $V{GS}=18V$ 時(shí)為 22 mΩ ，這意味著在導(dǎo)通狀態(tài)下，器件的功率損耗較低，能有效提高系統(tǒng)效率。想象一下，在一個(gè)高功率的應(yīng)用中，較低的導(dǎo)通電阻可以減少發(fā)熱，延長(zhǎng)器件的使用壽命，同時(shí)降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗。
• 超低柵極電荷：總柵極電荷 $Q_{G(tot)}$ 僅為 142 nC，這使得器件能夠?qū)崿F(xiàn)高速開(kāi)關(guān)，減少開(kāi)關(guān)損耗。在高速開(kāi)關(guān)的應(yīng)用中，如高頻逆變器，低柵極電荷可以提高開(kāi)關(guān)速度，降低開(kāi)關(guān)過(guò)程中的能量損失。
• 低電容高速開(kāi)關(guān)：輸出電容 $C_{oss}$ 為 146 pF，結(jié)合低柵極電荷，使器件能夠?qū)崿F(xiàn)高速開(kāi)關(guān)，提高系統(tǒng)的工作頻率和效率。低電容特性還可以減少開(kāi)關(guān)過(guò)程中的電壓尖峰，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

高可靠性

• 雪崩測(cè)試：該器件經(jīng)過(guò) 100% 雪崩測(cè)試，能夠承受高能量的雪崩沖擊，保證了在惡劣工作條件下的可靠性。在一些可能會(huì)出現(xiàn)電壓尖峰或浪涌的應(yīng)用中，如電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)，雪崩測(cè)試合格的器件可以更好地保護(hù)系統(tǒng)，防止因過(guò)電壓而損壞。
• RoHS 合規(guī)：符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，意味著該器件在環(huán)保方面表現(xiàn)出色，有助于滿足全球各地的環(huán)保法規(guī)要求。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

• 太陽(yáng)能逆變器：在太陽(yáng)能逆變器中，NTBG022N120M3S 的低導(dǎo)通電阻和高速開(kāi)關(guān)特性可以提高逆變器的效率，將太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生的直流電高效地轉(zhuǎn)換為交流電，并入電網(wǎng)。
• 電動(dòng)汽車(chē)充電站：對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)充電站，該器件的高耐壓和大電流處理能力能夠滿足快速充電的需求，同時(shí)低損耗特性可以降低充電過(guò)程中的能量損失，提高充電效率。
• 不間斷電源（UPS）：在 UPS 系統(tǒng)中，該器件可以快速切換，保證在市電中斷時(shí)能夠及時(shí)為負(fù)載提供電力，其高可靠性和低損耗特性有助于提高 UPS 系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。
• 能量存儲(chǔ)系統(tǒng)：在能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中，NTBG022N120M3S 可以實(shí)現(xiàn)高效的能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)，提高系統(tǒng)的整體效率和可靠性。
• 開(kāi)關(guān)模式電源（SMPS）：在 SMPS 中，該器件的高速開(kāi)關(guān)和低損耗特性可以提高電源的效率和功率密度，滿足現(xiàn)代電子設(shè)備對(duì)小型化、高效率電源的需求。

電氣參數(shù)解讀

最大額定值

這些最大額定值為我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)提供了安全邊界，確保器件在正常工作條件下不會(huì)受到損壞。例如，在選擇散熱方案時(shí)，需要考慮功率耗散和工作溫度范圍，以保證器件的結(jié)溫在安全范圍內(nèi)。

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)：$V{(BR)DSS}/T{J}$ 為 0.3 V/$^{\circ}C$，意味著擊穿電壓會(huì)隨著溫度的升高而略有增加。

開(kāi)態(tài)特性

• 柵極閾值電壓：$V{GS(TH)}$ 在 $V{DS}=V{GS}$，$I{D}=20mA$ 時(shí)為 2.04 - 4.4 V，這是器件開(kāi)始導(dǎo)通的臨界柵源電壓。
• 漏源導(dǎo)通電阻：$R{DS(on)}$ 在 $V{GS}=18V$，$I_{D}=40A$，$T = 25^{\circ}C$ 時(shí)為 22 - 30 mΩ，在 $T = 175^{\circ}C$ 時(shí)為 44 mΩ，導(dǎo)通電阻會(huì)隨著溫度的升高而增加。

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 3175 pF。
• 輸出電容：$C_{oss}$ 為 146 pF。
• 反向傳輸電容：$C_{rss}$ 為 14 pF。
• 總柵極電荷：$Q{G(TOT)}$ 在 $V{GS}=-3/18V$，$V{DS}=800V$，$I{D}=40A$ 時(shí)為 142 nC。
• 柵極電阻：$R_{G}$ 在 $f = 1MHz$ 時(shí)為 1.5 Ω。

這些參數(shù)對(duì)于理解器件的開(kāi)關(guān)特性和驅(qū)動(dòng)要求非常重要。例如，輸入電容和總柵極電荷會(huì)影響器件的驅(qū)動(dòng)能力和開(kāi)關(guān)速度，在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)需要考慮這些因素。

開(kāi)關(guān)特性

• 導(dǎo)通延遲時(shí)間：$t_{d(ON)}$ 為 18 ns。
• 上升時(shí)間：$t_{r}$ 為 24 ns。
• 關(guān)斷延遲時(shí)間：$t{d(OFF)}$ 在 $V{GS}=-3/18V$，$V_{DS}=800V$ 時(shí)為 47 ns。
• 下降時(shí)間：$t{f}$ 在 $I{D}=40A$ 時(shí)為 14 ns。
• 導(dǎo)通開(kāi)關(guān)損耗：$E{ON}$ 在 $R{G}=4.5Ω$ 感性負(fù)載下為 485 μJ。
• 關(guān)斷開(kāi)關(guān)損耗：$E_{OFF}$ 為 220 μJ。
• 總開(kāi)關(guān)損耗：$E_{tot}$ 為 705 μJ。

開(kāi)關(guān)特性決定了器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的能量損失和速度，對(duì)于提高系統(tǒng)的效率和性能至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)高頻開(kāi)關(guān)電路時(shí)，需要優(yōu)化開(kāi)關(guān)特性，減少開(kāi)關(guān)損耗。

熱特性

熱特性對(duì)于保證器件的可靠性和性能至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)散熱方案時(shí)，需要根據(jù)熱阻和功率耗散來(lái)計(jì)算結(jié)溫，確保結(jié)溫在安全范圍內(nèi)。例如，如果器件的功率耗散為 100W，結(jié)到殼熱阻為 0.34 $^{\circ}C/W$，那么結(jié)溫會(huì)比殼溫高 34 $^{\circ}C$。

封裝與標(biāo)記

該器件采用 D2PAK - 7L 封裝，具有特定的標(biāo)記規(guī)則。標(biāo)記信息包括特定器件代碼、組裝位置、年份、工作周和批次可追溯性等。了解封裝和標(biāo)記信息有助于在生產(chǎn)和調(diào)試過(guò)程中準(zhǔn)確識(shí)別和使用器件。

總結(jié)

onsemi 的 NTBG022N120M3S SiC MOSFET 憑借其卓越的電氣性能、高可靠性和廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，為電子工程師在功率設(shè)計(jì)領(lǐng)域提供了一個(gè)強(qiáng)大的工具。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，我們需要充分考慮器件的各項(xiàng)參數(shù)，結(jié)合具體應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能和高可靠性。你在使用 SiC MOSFET 時(shí)遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。