onsemi NTH4L060N065SC1 SiC MOSFET深度解析

在電子工程領(lǐng)域，功率MOSFET一直是電源設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵元件。今天要給大家詳細(xì)介紹的是安森美（onsemi）的NTH4L060N065SC1，一款650V、44mΩ、47A的N溝道SiC功率MOSFET，采用TO247 - 4L封裝。

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一、產(chǎn)品特性亮點(diǎn)

低導(dǎo)通電阻

典型導(dǎo)通電阻在不同柵源電壓下表現(xiàn)出色。當(dāng)$V{GS}=18V$時(shí)，典型$R{DS(on)} = 44m\Omega$；當(dāng)$V{GS}=15V$時(shí)，典型$R{DS(on)} = 60m\Omega$。低導(dǎo)通電阻意味著在導(dǎo)通狀態(tài)下，MOSFET的功率損耗更小，效率更高，這對(duì)于提高電源系統(tǒng)的整體效率至關(guān)重要。大家在實(shí)際設(shè)計(jì)中，不妨思考一下如何充分利用這個(gè)特性來優(yōu)化電路的性能呢？

超低柵極電荷與低電容

超低的柵極總電荷$Q{G(tot)} = 74nC$，以及低輸出電容$C{oss}=133pF$，使得該MOSFET在開關(guān)過程中能夠快速響應(yīng)，減少開關(guān)損耗，提高開關(guān)頻率。這對(duì)于高頻開關(guān)電源設(shè)計(jì)來說，無疑是非常有利的。

雪崩測(cè)試與高溫性能

經(jīng)過100%雪崩測(cè)試，保證了器件在雪崩狀態(tài)下的可靠性。同時(shí)，其最高結(jié)溫$T_{J}=175^{\circ}C$，能夠在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，適應(yīng)各種惡劣的應(yīng)用場(chǎng)景。

環(huán)保特性

該器件無鉛且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，滿足環(huán)保要求，這在當(dāng)今注重環(huán)保的大環(huán)境下，是很多工程師在選擇器件時(shí)會(huì)考慮的因素。

二、典型應(yīng)用場(chǎng)景

• 開關(guān)模式電源（SMPS）：憑借其低導(dǎo)通電阻和快速開關(guān)特性，能夠有效提高SMPS的效率和功率密度。
• 太陽(yáng)能逆變器：在太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)中，需要高效的功率轉(zhuǎn)換，該MOSFET的高性能可以滿足太陽(yáng)能逆變器對(duì)效率和可靠性的要求。
• 不間斷電源（UPS）：為了保證在市電中斷時(shí)能夠及時(shí)供電，UPS需要快速響應(yīng)和高效的功率轉(zhuǎn)換，NTH4L060N065SC1正好可以勝任這一任務(wù)。
• 能量存儲(chǔ)系統(tǒng)：在能量存儲(chǔ)和釋放過程中，需要精確的功率控制和高效的轉(zhuǎn)換，該MOSFET能夠?yàn)槟芰看鎯?chǔ)系統(tǒng)提供穩(wěn)定可靠的支持。

三、最大額定值與注意事項(xiàng)

需要注意的是，超過最大額定值可能會(huì)損壞器件，影響其功能和可靠性。同時(shí)，整個(gè)應(yīng)用環(huán)境會(huì)影響熱阻數(shù)值，這些數(shù)值并非恒定不變，僅在特定條件下有效。而且脈沖額定值受最大結(jié)溫限制，單脈沖漏源雪崩能量$E_{AS}$是基于特定的起始條件計(jì)算得出的。

四、電氣特性分析

關(guān)斷特性

• 漏源擊穿電壓：$V{(BR)DSS}$在$V{GS}=0V$，$I_{D}=1mA$時(shí)為650V，其溫度系數(shù)為 - 0.15V/$^{\circ}C$。這意味著隨著溫度的升高，漏源擊穿電壓會(huì)略有下降。
• 零柵壓漏極電流：$I{DSS}$在$V{GS}=0V$，$V{DS}=650V$，$T{J}=25^{\circ}C$時(shí)為10μA，$T_{J}=175^{\circ}C$時(shí)為1mA。溫度升高會(huì)導(dǎo)致漏極電流增大，在高溫環(huán)境下需要特別關(guān)注。
• 柵源泄漏電流：$I{GSS}$在$V{GS}= + 18/ - 5V$，$V_{DS}=0V$時(shí)為250nA，泄漏電流較小，說明柵源之間的絕緣性能較好。

導(dǎo)通特性

• 柵極閾值電壓：$V{GS(TH)}$在$V{GS}=V{DS}$，$I{D}=6.5mA$時(shí)，最小值為1.8V，典型值為2.8V，最大值為4.3V。這是MOSFET開始導(dǎo)通的關(guān)鍵參數(shù)，在設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)需要根據(jù)這個(gè)參數(shù)來確定合適的柵極驅(qū)動(dòng)電壓。
• 推薦柵極電壓：$V_{GOP}$為 - 5V到 + 18V，在這個(gè)電壓范圍內(nèi)，MOSFET能夠穩(wěn)定可靠地工作。
• 漏源導(dǎo)通電阻：$R{DS(on)}$在不同的柵源電壓和溫度條件下有所不同。例如，在$V{GS}=15V$，$I{D}=20A$，$T{J}=25^{\circ}C$時(shí)，典型值為60mΩ；在$V{GS}=18V$，$I{D}=20A$，$T{J}=25^{\circ}C$時(shí)，典型值為44mΩ，最大值為70mΩ；在$V{GS}=18V$，$I{D}=20A$，$T{J}=175^{\circ}C$時(shí)，典型值為50mΩ。溫度升高會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增大，這會(huì)增加功率損耗，在設(shè)計(jì)散熱系統(tǒng)時(shí)需要考慮這個(gè)因素。
• 正向跨導(dǎo)：$g{fs}$在$V{DS}=10V$，$I_{D}=20A$時(shí)為12S，反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力。

電荷、電容與柵極電阻

• 輸入電容：$C{iss}$在$V{GS}=0V$，$f = 1MHz$，$V_{DS}=325V$時(shí)為1473pF，這個(gè)電容會(huì)影響MOSFET的開關(guān)速度和驅(qū)動(dòng)功率。
• 輸出電容：$C{oss}=133pF$，反向傳輸電容$C{rss}=13pF$，這些電容對(duì)開關(guān)過程中的電壓和電流變化有影響。
• 總柵極電荷：$Q{G(tot)} = 74nC$，柵源電荷$Q{gs}=20nC$，柵漏電荷$Q_{gd}=23nC$，這些電荷參數(shù)決定了柵極驅(qū)動(dòng)電路需要提供的電荷量。
• 柵極電阻：$R_{G}$在$f = 1MHz$時(shí)為3.9Ω，柵極電阻會(huì)影響柵極信號(hào)的傳輸和開關(guān)速度。

開關(guān)特性

• 導(dǎo)通延遲時(shí)間：$t{d(on)} = 11ns$，上升時(shí)間$t{r}=14ns$，導(dǎo)通過程快速，能夠減少導(dǎo)通損耗。
• 關(guān)斷延遲時(shí)間：$t{d(off)} = 24ns$，下降時(shí)間$t{f}=11ns$，關(guān)斷過程也比較迅速，降低了關(guān)斷損耗。
• 導(dǎo)通開關(guān)損耗：$E{ON}=45mJ$，關(guān)斷開關(guān)損耗$E{OFF}=18mJ$，總開關(guān)損耗$E_{tot}=63mJ$，開關(guān)損耗較小，有利于提高系統(tǒng)效率。

漏源二極管特性

• 連續(xù)漏源二極管正向電流：$I{SD}$在$V{GS}=-5V$，$T_{J}=25^{\circ}C$時(shí)為35A。
• 脈沖漏源二極管正向電流：$I_{SDM}$為152A。
• 正向二極管電壓：$V{SD}$在$V{GS}=-5V$，$I{SD}=20A$，$T{J}=25^{\circ}C$時(shí)為4.3V。
• 反向恢復(fù)時(shí)間：$t{rr}=17.7ns$，反向恢復(fù)電荷$Q{rr}=90.6nC$，反向恢復(fù)能量$E{rec}=8.7mJ$，峰值反向恢復(fù)電流$I{RRM}=10.2A$，電荷時(shí)間$T{a}=9.8ns$，放電時(shí)間$T=7.8ns$。這些參數(shù)對(duì)于理解漏源二極管的反向恢復(fù)特性非常重要，在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要考慮反向恢復(fù)過程對(duì)電路的影響。

五、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、二極管正向電壓與電流的關(guān)系、柵源電壓與總電荷的關(guān)系、電容與漏源電壓的關(guān)系、非鉗位電感開關(guān)能力、最大連續(xù)漏極電流與外殼溫度的關(guān)系、安全工作區(qū)、單脈沖最大功率耗散、結(jié)到外殼的熱響應(yīng)等。這些曲線能夠幫助工程師更直觀地了解MOSFET在不同工作條件下的性能，在實(shí)際設(shè)計(jì)中可以根據(jù)這些曲線來優(yōu)化電路參數(shù)，確保MOSFET工作在最佳狀態(tài)。

六、封裝尺寸

該MOSFET采用TO - 247 - 4LD封裝，文檔中給出了詳細(xì)的封裝尺寸圖和尺寸數(shù)據(jù)。在進(jìn)行PCB布局時(shí)，需要根據(jù)這些尺寸來合理安排MOSFET的位置和引腳連接，確保其與其他元件之間的間距合適，便于散熱和布線。

七、總結(jié)

安森美（onsemi）的NTH4L060N065SC1 SiC功率MOSFET具有低導(dǎo)通電阻、超低柵極電荷、低電容、高雪崩耐量、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，適用于多種電源應(yīng)用場(chǎng)景。在使用過程中，工程師需要充分了解其最大額定值、電氣特性和典型特性曲線，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求合理設(shè)計(jì)電路，確保器件能夠發(fā)揮最佳性能，同時(shí)要注意避免超過最大額定值，保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。希望通過這篇文章，能夠幫助大家更好地了解和使用這款MOSFET。大家在實(shí)際應(yīng)用中遇到過哪些問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)留言分享。