探索 onsemi NXH40B120MNQ0SNG 雙升壓功率模塊的卓越性能

在電子工程領(lǐng)域，功率模塊的性能對于眾多應(yīng)用的效率和可靠性起著關(guān)鍵作用。今天，我們將深入探討 onsemi 的 NXH40B120MNQ0SNG 雙升壓功率模塊，了解其特點(diǎn)、參數(shù)以及典型應(yīng)用。

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模塊概述

NXH40B120MNQ0SNG 是一款集成了雙升壓級的功率模塊，采用了碳化硅（SiC）MOSFET 和 SiC 二極管。這種設(shè)計(jì)使得模塊具有較低的傳導(dǎo)損耗和開關(guān)損耗，能夠幫助工程師實(shí)現(xiàn)高效率和卓越的可靠性。該模塊適用于太陽能逆變器和不間斷電源（UPS）等典型應(yīng)用。

碳化硅（SiC）MOSFET和SiC二極管在功率模塊中具有顯著優(yōu)勢。SiC MOSFET具有高溫工作能力，其材料本身的高導(dǎo)熱率和熱穩(wěn)定性，使得它能適應(yīng)高溫環(huán)境，這對于一些特殊應(yīng)用場景非常關(guān)鍵。同時(shí)，它的導(dǎo)通電阻很低，這意味著導(dǎo)通損耗小，有助于提高整個(gè)功率模塊的效率。而且，SiC MOSFET的開關(guān)速度極快，適合高頻應(yīng)用，能夠提升系統(tǒng)的工作頻率。另外，由于導(dǎo)通電阻小，還可以實(shí)現(xiàn)較高的功率密度。SiC二極管則具有低反向恢復(fù)和快速開關(guān)的特性，能夠減少開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。在NXH40B120MNQ0SNG模塊中，這些優(yōu)勢的結(jié)合使得模塊在性能上有了很大的提升。

原理圖

產(chǎn)品特性

電氣特性

• BOOST MOSFET特性：在不同的測試條件下，該MOSFET展現(xiàn)出了良好的性能。例如，在零柵極電壓漏極電流（$I{DSS}$）測試中，當(dāng)$V{GS}=0V$，$V{DS} =1200V$，$T{J}= 25^{\circ}C$時(shí)，最大漏極電流為200μA。靜態(tài)漏源導(dǎo)通電阻（$R{DS(on)}$）在$V{GS}=20V$，$I{D}=40 A$，$T{J} =25^{\circ}C$時(shí)，典型值為40mΩ，在$T{J}= 175^{\circ}C$時(shí)為60mΩ。這些參數(shù)表明，MOSFET在不同溫度下的導(dǎo)通性能較為穩(wěn)定。此外，它的開關(guān)損耗也相對較低，在$T{J}=25^{\circ}C$，$V{DS} =700V$，$I{D}=40A$，$V{GS}=-5V/20V$，$R{G}=4.7Ω$的條件下，導(dǎo)通開關(guān)損耗（$E{on}$）典型值為255μJ，關(guān)斷開關(guān)損耗（$E{off}$）典型值為125.5μJ。
• BOOST二極管特性：二極管的反向漏電流（$I{R}$）在$V{R}=1200V$時(shí)，最大值為400μA。正向電壓（$V{F}$）在$I{F}=40 A$，$T{J}=25^{\circ}C$時(shí)，典型值為1.50V，在$T{J}=175^{\circ}C$時(shí)為2.17V。反向恢復(fù)時(shí)間（$t{rr}$）在$T{J}=25^{\circ}C$，$V{DS}=700V$，$I{D}=40A$，$V{GS}=-5V/20V$，$R{G}=4.7Ω$的條件下，典型值為16.7ns。這些特性使得二極管在電路中能夠快速響應(yīng)，減少能量損耗。
• 旁路二極管特性：旁路二極管的反向漏電流（$I{R}$）在$V{R}= 1200V$，$T{J}=25^{\circ}C$時(shí)，典型值為250μA。正向電壓（$V{F}$）在$I{F} = 50 A$，$T{J}=25^{\circ}C$時(shí)，范圍在1.11 - 1.3V之間，在$T_{J}=150^{\circ}C$時(shí)為1.00V。

熱特性

模塊的熱特性對于其可靠性至關(guān)重要。熱阻方面，芯片到外殼的熱阻（$R{thJC}$）和芯片到散熱器的熱阻（$R{thJH}$）在不同的組件中有不同的數(shù)值。例如，BOOST MOSFET的$R{thJC}$在熱阻油脂厚度為2.1Mil ±2%，導(dǎo)熱系數(shù)為2.9W/mK的條件下，典型值為0.81K/W，$R{thJH}$為1.26K/W。這些熱阻參數(shù)有助于工程師設(shè)計(jì)合適的散熱方案，確保模塊在工作過程中能夠保持合適的溫度。

熱敏電阻特性

熱敏電阻的標(biāo)稱電阻（$R{25}$）為22kΩ，在$T = 100^{\circ}C$時(shí)，$R{100}$為1486Ω。其阻值偏差（$ΔR/R$）在±5%以內(nèi)，功率耗散（$P_{D}$）為200mW，功率耗散常數(shù)為2mW/K。B值（$B(25/50)$和$B(25/100)$）的公差為±3%，分別為3950K和3998K。這些特性使得熱敏電阻能夠準(zhǔn)確地監(jiān)測模塊的溫度變化。

絕對最大額定值和推薦工作范圍

絕對最大額定值

文檔中列出了一系列的絕對最大額定值，如最大電壓、最大電流、最大溫度等。例如，最大重復(fù)反向電壓（$V{RRM}$）為1200V，最大結(jié)溫（$T{Jmax}$）為175°C等。需要注意的是，超過這些額定值可能會損壞器件，影響其功能和可靠性。

推薦工作范圍

推薦的模塊工作結(jié)溫（$T{J}$）范圍為40°C到$T{Jmax}$（25°C）。在這個(gè)范圍內(nèi)工作，可以確保模塊的性能和可靠性。超出推薦范圍的長時(shí)間工作可能會對器件造成損害。

典型特性曲線

文檔中提供了大量的典型特性曲線，包括MOSFET的導(dǎo)通區(qū)域特性、轉(zhuǎn)移特性，BOOST二極管和旁路二極管的正向特性等。這些曲線直觀地展示了模塊在不同工作條件下的性能變化。例如，通過典型的導(dǎo)通損耗與漏極電流（$I{D}$）的關(guān)系曲線，工程師可以了解到在不同電流下的導(dǎo)通損耗情況，從而優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。再如，反向恢復(fù)能量損耗與$I{D}$和$R_{G}$的關(guān)系曲線，有助于工程師選擇合適的電阻值，以降低反向恢復(fù)損耗。

封裝和訂購信息

封裝

該模塊采用QOPACK - Case 180AJ封裝，具有無鉛和無鹵化物的焊針。封裝的尺寸和引腳位置在文檔中都有詳細(xì)的說明，同時(shí)還提供了機(jī)械外形圖和推薦的安裝模式。這些信息對于電路板的設(shè)計(jì)和模塊的安裝非常重要。

訂購信息

可訂購的部件編號為NXH40B120MNQ0SNG，每盒包裝24個(gè)單元。詳細(xì)的訂購和運(yùn)輸信息可以在數(shù)據(jù)手冊的第4頁找到。

總結(jié)與思考

NXH40B120MNQ0SNG雙升壓功率模塊憑借其集成的SiC MOSFET和SiC二極管，在效率和可靠性方面具有明顯的優(yōu)勢。其豐富的電氣和熱特性參數(shù)為工程師提供了詳細(xì)的設(shè)計(jì)依據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的需求，合理選擇工作參數(shù)，設(shè)計(jì)合適的散熱方案，以充分發(fā)揮該模塊的性能。同時(shí)，通過對典型特性曲線的分析，可以進(jìn)一步優(yōu)化電路設(shè)計(jì)，提高系統(tǒng)的整體性能。大家在實(shí)際使用這款模塊的過程中，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨(dú)特的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。