onsemi碳化硅MOSFET（NTH4L060N090SC1）的特性與應(yīng)用解析

在電力電子領(lǐng)域，碳化硅（SiC）MOSFET憑借其優(yōu)異的性能，正逐漸成為眾多應(yīng)用的首選功率器件。本文將深入解析onsemi的一款碳化硅MOSFET——NTH4L060N090SC1，探討其特性、性能曲線以及典型應(yīng)用場景。

文件下載：NTH4L060N090SC1-D.PDF

一、產(chǎn)品概述

NTH4L060N090SC1是onsemi推出的一款60mΩ、900V的碳化硅MOSFET，采用TO - 247 - 4L封裝。它具有超低的柵極電荷和低有效輸出電容，并且經(jīng)過100% UIL測試，同時(shí)滿足無鹵和RoHS標(biāo)準(zhǔn)（豁免7a，二級互連無鉛）。

二、產(chǎn)品特性

（一）低導(dǎo)通電阻

典型導(dǎo)通電阻 (R{DS(on)}) 在 (V{GS}=15V) 時(shí)為 (60mOmega)，在 (V_{GS}=18V) 時(shí)為 (43mOmega)。較低的導(dǎo)通電阻可以有效降低導(dǎo)通損耗，提高功率轉(zhuǎn)換效率。這對于追求高效能的電源應(yīng)用來說至關(guān)重要，例如在UPS和DC - DC轉(zhuǎn)換器中，低導(dǎo)通電阻能夠減少發(fā)熱，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

（二）超低柵極電荷

典型的總柵極電荷 (Q_{G(tot)} = 87nC)。低柵極電荷意味著在開關(guān)過程中，驅(qū)動電路所需提供的電荷量較少，從而可以降低驅(qū)動損耗，提高開關(guān)速度。這對于高頻開關(guān)應(yīng)用非常有利，能夠減少開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)的效率。

（三）低有效輸出電容

典型的輸出電容 (C_{oss}=113pF)。低輸出電容可以減少開關(guān)過程中的電容充放電損耗，進(jìn)一步提高開關(guān)效率。在高頻開關(guān)應(yīng)用中，輸出電容的大小直接影響開關(guān)損耗的大小，因此低輸出電容是該器件的一個(gè)重要優(yōu)勢。

三、最大額定值

（一）電壓與電流額定值

• 漏源電壓 (V_{DSS}) 為900V，這決定了該器件能夠承受的最大電壓，適用于高壓應(yīng)用場景。
• 柵源電壓 (V{GS}) 范圍為 +22/ - 8V，推薦的工作電壓 (V{GSop}) 為 - 5/+15V。在實(shí)際應(yīng)用中，需要確保柵源電壓在安全范圍內(nèi)，以避免器件損壞。
• 連續(xù)漏極電流 (I_D) 在 (T_C = 25^{circ}C) 時(shí)為46A，在 (T_C = 100^{circ}C) 時(shí)為32A。這表明器件的電流承載能力會隨著溫度的升高而下降，在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要考慮溫度對電流的影響。

  （二）功率與溫度額定值

• 功率耗散 (P_D) 在 (T_C = 25^{circ}C) 時(shí)為221W，在 (T_C = 100^{circ}C) 時(shí)為110W。功率耗散與溫度密切相關(guān)，隨著溫度的升高，器件的功率耗散能力會下降。
• 工作結(jié)溫和存儲溫度范圍為 - 55°C到 +175°C，這使得該器件能夠在較寬的溫度環(huán)境下正常工作。

四、電氣特性

（一）關(guān)斷特性

• 漏源擊穿電壓 (V{(BR)DSS}) 在 (V{GS}=0V)，(I_D = 1mA) 時(shí)為900V，其溫度系數(shù)為 (574mV/^{circ}C)。這表明隨著溫度的升高，漏源擊穿電壓會有所增加。
• 零柵壓漏電流 (I{DSS}) 在 (V{GS}=0V)，(V_{DS}=900V)，(T_J = 25^{circ}C) 時(shí)為100μA，在 (T_J = 175^{circ}C) 時(shí)為250μA。隨著溫度的升高，漏電流會增大，這需要在設(shè)計(jì)中考慮對漏電流的處理。

  （二）導(dǎo)通特性

• 柵極閾值電壓 (V{GS(th)}) 在 (V{GS}=V_{DS})，(I_D = 5mA) 時(shí)，最小值為1.8V，典型值為2.7V，最大值為4.3V。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)這個(gè)閾值電壓來設(shè)計(jì)驅(qū)動電路，確保MOSFET能夠正常導(dǎo)通。
• 漏源導(dǎo)通電阻 (R{DS(on)}) 在不同的 (V{GS}) 和 (TJ) 條件下有不同的值。例如，在 (V{GS}=15V)，(I_D = 20A)，(TJ = 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43mΩ。導(dǎo)通電阻會隨著溫度的升高而增大，這在設(shè)計(jì)中需要考慮對電路性能的影響。

  （三）電荷、電容與柵極電阻特性

• 輸入電容 (C{iss}) 在 (V{GS}=0V)，(f = 1MHz)，(V_{DS}=450V) 時(shí)為1770pF。輸入電容會影響MOSFET的開關(guān)速度和驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)。
• 總柵極電荷 (Q{G(tot)}) 在 (V{GS}=-5/15V)，(V_{DS}=720V)，(I_D = 10A) 時(shí)為87nC。低的總柵極電荷有利于提高開關(guān)速度和降低驅(qū)動損耗。

  （四）開關(guān)特性

• 開通延遲時(shí)間 (t_{d(on)}) 典型值為17ns，上升時(shí)間 (tr) 典型值為15ns，關(guān)斷延遲時(shí)間 (t{d(off)}) 典型值為29ns，下降時(shí)間 (t_f) 典型值為11ns。這些開關(guān)時(shí)間決定了MOSFET的開關(guān)速度，對于高頻開關(guān)應(yīng)用非常重要。
• 開通開關(guān)損耗 (E{ON}) 典型值為183μJ，關(guān)斷開關(guān)損耗 (E{OFF}) 典型值為52μJ，總開關(guān)損耗 (E_{TOT}) 典型值為235μJ。開關(guān)損耗的大小直接影響系統(tǒng)的效率，在設(shè)計(jì)中需要盡量降低開關(guān)損耗。

  （五）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22A。
• 正向二極管電壓 (V{SD}) 在 (V{GS}=-5V)，(I_{SD}=10A)，(T_J = 25^{circ}C) 時(shí)為3.9V。
• 反向恢復(fù)時(shí)間 (t{rr}) 典型值為18ns，反向恢復(fù)電荷 (Q{rr}) 典型值為84nC。反向恢復(fù)特性對于MOSFET在開關(guān)過程中的性能有重要影響，較短的反向恢復(fù)時(shí)間和較小的反向恢復(fù)電荷可以減少開關(guān)損耗。

五、典型應(yīng)用

（一）UPS（不間斷電源）

在UPS中，需要高效的功率轉(zhuǎn)換和快速的響應(yīng)速度。NTH4L060N090SC1的低導(dǎo)通電阻和低開關(guān)損耗可以提高UPS的效率，減少發(fā)熱，延長電池的使用壽命。同時(shí)，其快速的開關(guān)速度可以確保在市電中斷時(shí)能夠迅速切換到備用電源，保證負(fù)載的正常運(yùn)行。

（二）DC - DC轉(zhuǎn)換器

DC - DC轉(zhuǎn)換器需要將一種直流電壓轉(zhuǎn)換為另一種直流電壓，并且要求高效率和高穩(wěn)定性。該MOSFET的低導(dǎo)通電阻和低開關(guān)損耗可以降低轉(zhuǎn)換過程中的能量損耗，提高轉(zhuǎn)換器的效率。此外，其寬溫度范圍和高耐壓能力可以確保在不同的工作環(huán)境下穩(wěn)定工作。

（三）升壓逆變器

升壓逆變器需要將低電壓轉(zhuǎn)換為高電壓，并且要求輸出電壓穩(wěn)定。NTH4L060N090SC1的高耐壓能力和快速的開關(guān)速度可以滿足升壓逆變器的要求，同時(shí)其低導(dǎo)通電阻和低開關(guān)損耗可以提高逆變器的效率。

六、總結(jié)

NTH4L060N090SC1作為一款高性能的碳化硅MOSFET，具有低導(dǎo)通電阻、超低柵極電荷、低有效輸出電容等優(yōu)點(diǎn)，適用于UPS、DC - DC轉(zhuǎn)換器、升壓逆變器等多種應(yīng)用場景。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇器件的工作參數(shù)，充分發(fā)揮該器件的性能優(yōu)勢，同時(shí)要注意溫度、電壓、電流等因素對器件性能的影響，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。你在使用這款器件的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。