onsemi碳化硅MOSFET NTBG040N120SC1：性能與應用解析

一、引言

在電力電子領域，碳化硅（SiC）MOSFET憑借其卓越的性能，正逐漸成為眾多應用的首選功率器件。onsemi推出的EliteSiC系列中的NTBG040N120SC1型號，以其獨特的特性和廣泛的應用前景，吸引了眾多電子工程師的關注。本文將深入剖析這款器件的關鍵特性、性能參數(shù)以及典型應用，為工程師們在設計中提供有價值的參考。

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二、關鍵特性

低導通電阻

這款MOSFET的典型導通電阻 (R_{DS(on)}) 為40 mΩ，低導通電阻意味著在導通狀態(tài)下，器件的功率損耗更低，能夠有效提高系統(tǒng)的效率。這對于追求高效能源轉換的應用來說至關重要，例如UPS和DC - DC轉換器。

超低柵極電荷

典型的總柵極電荷 (Q_{G(tot)}) 為106 nC，超低的柵極電荷使得器件在開關過程中所需的驅動能量更少，從而降低了驅動電路的功耗，同時也有助于提高開關速度，減少開關損耗。

低有效輸出電容

典型的輸出電容 (C_{oss}) 為139 pF，低輸出電容可以減少器件在開關過程中的能量存儲和釋放，進一步降低開關損耗，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。

雪崩測試

該器件經(jīng)過100%雪崩測試，這意味著它在承受雪崩能量時具有較高的可靠性，能夠在惡劣的工作條件下穩(wěn)定運行，增強了系統(tǒng)的魯棒性。

高溫性能

其結溫 (T_{J}) 可高達175°C，能夠在高溫環(huán)境下正常工作，適應各種復雜的應用場景。同時，該器件符合無鹵和RoHS標準，環(huán)保性能良好。

三、最大額定值與電氣特性

最大額定值

電氣特性

關斷特性

• 漏源擊穿電壓 (V{(BR)DSS})：在 (V{GS}=0 V)，(I_{D}=1 mA) 時為1200 V。
• 漏源擊穿電壓溫度系數(shù) (V{(BR)DSS}/T{J})：在 (I_{D}=1 mA) 時為0.45 V/°C。
• 零柵壓漏極電流 (I{DSS})：在 (V{GS}=0 V)，(V{DS}=1200 V)，(T{J}=25^{circ}C) 時為100 μA，(T_{J}=175^{circ}C) 時為1 mA。
• 柵源泄漏電流 (I{GSS})：在 (V{GS}= +25/ - 15 V)，(V_{DS}=0 V) 時為 ±1 μA。

導通特性

• 柵極閾值電壓 (V{GS(th)})：在 (V{GS}=V{DS})，(I{D}=10 mA) 時，范圍為1.8 - 4.3 V。
• 推薦柵極電壓： - 5 - +20 V。
• 漏源導通電阻 (R{DS(on)})：在 (V{GS}=20 V)，(I{D}=35 A)，(T{J}=25^{circ}C) 時，典型值為40 mΩ，最大值為56 mΩ；在 (T_{J}=175^{circ}C) 時，典型值為71 mΩ，最大值為100 mΩ。
• 正向跨導 (g{fs})：在 (V{DS}=20 V)，(I_{D}=35 A) 時，典型值為20 S。

電荷、電容與柵極電阻

• 輸入電容 (C{iss})：在 (V{GS}=0 V)，(f = 1 MHz) 時為1789 pF。
• 輸出電容 (C{oss})：在 (V{DS}=800 V) 時為139 pF。
• 反向傳輸電容 (C_{RSS})：為12.5 pF。
• 總柵極電荷 (Q{G(tot)})：在 (V{GS}= - 5/20 V)，(V{DS}=600 V)，(I{D}=47 A) 時為106 nC。
• 閾值柵極電荷 (Q_{G(TH)})：為18 nC。
• 柵源電荷 (Q_{GS})：為34 nC。
• 柵漏電荷 (Q_{GD})：為26 nC。
• 柵極電阻 (R_{G})：在 (f = 1 MHz) 時為2 Ω。

開關特性

• 開通延遲時間 (t{d(on)})：在 (V{GS}= - 5/20 V)，(V_{DS}=800 V) 時，范圍為17 - 30 ns。
• 上升時間 (t{r})：在 (I{D}=47 A)，(R_{G}=4.7 Ω)，感性負載下，范圍為20 - 36 ns。
• 關斷延遲時間 (t_{d(off)})：范圍為30 - 48 ns。
• 下降時間 (t_{f})：范圍為9 - 18 ns。
• 開通開關損耗 (E_{ON})：為366 μJ。
• 關斷開關損耗 (E_{OFF})：為200 μJ。
• 總開關損耗 (E_{TOT})：為566 μJ。

漏源二極管特性

• 連續(xù)漏源二極管正向電流 (I{SD})：在 (V{GS}= - 5 V)，(T_{J}=25^{circ}C) 時為36 A。
• 脈沖漏源二極管正向電流 (I{SDM})：在 (V{GS}= - 5 V)，(T_{J}=25^{circ}C) 時為240 A。
• 正向二極管電壓 (V{SD})：在 (V{GS}= - 5 V)，(I{SD}=17.5 A)，(T{J}=25^{circ}C) 時為3.7 V。
• 反向恢復時間 (t{rr})：在 (V{GS}= - 5/20 V)，(I{SD}=47 A)，(dI{S}/dt = 1000 A/μs) 時為24 ns。
• 反向恢復電荷 (Q_{rr})：為124.8 nC。
• 反向恢復能量 (E_{rec})：為8.4 μJ。
• 峰值反向恢復電流 (I_{RRM})：為10.4 A。
• 充電時間 (t_{a})：為12.4 ns。
• 放電時間 (t_)：為11.6 ns。

四、典型應用

UPS（不間斷電源）

在UPS系統(tǒng)中，NTBG040N120SC1的低導通電阻和低開關損耗特性可以有效提高電源的轉換效率，減少能量損耗。同時，其高耐壓和高溫性能能夠保證在各種復雜的電網(wǎng)環(huán)境下穩(wěn)定工作，為負載提供可靠的電力支持。

DC - DC轉換器

DC - DC轉換器需要高效的功率轉換和穩(wěn)定的輸出電壓。這款MOSFET的低導通電阻和快速開關速度可以降低轉換器的功耗，提高轉換效率，并且能夠適應不同的輸入輸出電壓要求，滿足各種應用場景的需求。

升壓逆變器

在升壓逆變器中，NTBG040N120SC1的高耐壓和大電流處理能力可以實現(xiàn)高效的電壓升壓，同時其低開關損耗能夠減少逆變器的發(fā)熱，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

五、熱特性

熱特性對于功率器件的性能和可靠性至關重要。較低的熱阻可以有效地將熱量散發(fā)出去，保證器件在安全的溫度范圍內(nèi)工作。工程師在設計散熱系統(tǒng)時，需要根據(jù)這些熱阻參數(shù)合理選擇散熱方式和散熱器件，以確保器件的正常運行。

六、封裝與訂購信息

封裝

該器件采用D2PAK - 7L（TO - 263 - 7L HV）封裝，這種封裝具有良好的散熱性能和機械穩(wěn)定性，便于安裝和焊接。

訂購信息

七、總結

onsemi的NTBG040N120SC1碳化硅MOSFET以其卓越的性能和廣泛的應用前景，為電子工程師在電力電子設計中提供了一個優(yōu)秀的選擇。其低導通電阻、超低柵極電荷、低有效輸出電容等特性，使得它在UPS、DC - DC轉換器和升壓逆變器等應用中表現(xiàn)出色。同時，其良好的熱特性和高可靠性也為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了保障。在實際設計中，工程師們需要根據(jù)具體的應用需求，合理選擇和使用這款器件，以實現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能。你在使用這款器件的過程中，是否遇到過一些特殊的問題或者有獨特的應用經(jīng)驗呢？歡迎在評論區(qū)分享。