探索 onsemi NVBG022N120M3S SiC MOSFET 的卓越性能

在當今電子技術(shù)飛速發(fā)展的時代，功率半導(dǎo)體器件的性能提升對于各類電子設(shè)備的高效運行至關(guān)重要。作為一名電子工程師，我最近深入研究了 onsemi 的 NVBG022N120M3S 碳化硅（SiC）MOSFET，這款器件在性能上表現(xiàn)卓越，下面就和大家分享一下我的研究成果。

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器件概述

NVBG022N120M3S 是 onsemi 推出的一款 1200V、22mΩ 的 SiC MOSFET，采用 $D^{2}$ PAK - 7L 封裝。它具有超低的導(dǎo)通電阻、極低的柵極電荷和低電容等特點，非常適合高速開關(guān)應(yīng)用。同時，該器件經(jīng)過 100% 雪崩測試，符合 AEC - Q101 標準，具備 PPAP 能力，并且是 RoHS 合規(guī)的，這使得它在汽車等對可靠性要求極高的領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵參數(shù)解讀

最大額定值

參數(shù)	符號	值	單位
漏源電壓	$V_{DSS}$	1200	V
柵源電壓	$V_{GS}$	-10/+22	V
推薦柵源電壓工作值（$T_{c}<175^{\circ}C$）	$V_{GSop}$	-3/+18	V
連續(xù)漏極電流（$T_{c}=25^{\circ}C$，穩(wěn)態(tài)）	$I_{D}$	100	A
功率耗散	$P_{D}$	441	W
連續(xù)漏極電流（$T_{c}=100^{\circ}C$，穩(wěn)態(tài)）	$I_{D}$	71	A
功率耗散	$P_{D}$	220	W
脈沖漏極電流（$T_{c}=25^{\circ}C$）	$I_{DM}$	297	A
工作結(jié)溫和存儲溫度范圍	$T{J}, T{stg}$	-55 至 +175	$^{\circ}C$
源極電流（體二極管，$T{c}=25^{\circ}C$，$V{GS}=-3V$）	$I_{S}$	89	A
單脈沖漏源雪崩能量（$I_{(pk)}=23.1A$，$L = 1mH$）	$E_{AS}$	267	mJ
最大焊接溫度（10s）	$T_{L}$	270	$^{\circ}C$

從這些參數(shù)中我們可以看出，該器件能夠承受較高的電壓和電流，并且在較寬的溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定的性能。不過，在實際應(yīng)用中，我們需要注意不要超過這些最大額定值，否則可能會損壞器件，影響其可靠性。

熱特性

參數(shù)	符號	最大值	單位
結(jié)到殼熱阻（穩(wěn)態(tài)）	$R_{θJC}$	0.34	$^{\circ}C/W$
結(jié)到環(huán)境熱阻（穩(wěn)態(tài)）	$R_{θJA}$	40	$^{\circ}C/W$

熱特性對于功率器件來說至關(guān)重要，較低的熱阻意味著器件能夠更有效地散熱，從而提高其可靠性和性能。在設(shè)計散熱系統(tǒng)時，我們需要根據(jù)這些熱阻參數(shù)來選擇合適的散熱片和散熱方式。

電氣特性

關(guān)態(tài)特性

漏源擊穿電壓：$V{(BR)DSS}$ 在 $V{GS}=0V$，$I_{D}=1mA$ 時為 1200V，并且其溫度系數(shù)為 -0.3V/$^{\circ}C$，這表明隨著溫度的升高，擊穿電壓會略有下降。
零柵壓漏極電流：$I{DSS}$ 在 $V{GS}=0V$，$V_{DS}=1200V$ 時最大為 100μA。
柵源泄漏電流：$I{GSS}$ 在 $V{GS}= +22/ - 10V$，$V_{DS}=0V$ 時最大為 ±1μA。

開態(tài)特性

柵極閾值電壓：$V{GS(TH)}$ 在 $V{GS}=V{DS}$，$I{D}=20mA$ 時，典型值為 2.72V，范圍在 2.04V 至 4.4V 之間。
推薦柵極電壓：$V_{GOP}$ 為 -3V 至 +18V。
漏源導(dǎo)通電阻：$R{DS(on)}$ 在 $V{GS}=18V$，$I{D}=40A$，$T{J}=25^{\circ}C$ 時典型值為 22mΩ，最大值為 30mΩ；在 $T_{J}=175^{\circ}C$ 時，典型值為 44mΩ。
正向跨導(dǎo)：$g{fs}$ 在 $V{DS}=10V$，$I_{D}=40A$ 時典型值為 34S。

電荷、電容和柵極電阻

參數(shù)	符號	測試條件	典型值	單位
輸入電容	$C_{iss}$	$V{GS}=0V$，$f = 1MHz$，$V{DS}=800V$	3175	pF
輸出電容	$C_{oss}$		146	pF
反向傳輸電容	$C_{RSS}$		14	pF
總柵極電荷	$Q_{G(TOT)}$	$V{GS}=-3/18V$，$V{DS}=800V$，$I_{D}=40A$	142	nC
閾值柵極電荷	$Q_{G(TH)}$		11	nC
柵源電荷	$Q_{GS}$		16	nC
柵漏電荷	$Q_{GD}$		38	nC
柵極電阻	$R_{G}$	$f = 1MHz$	1.5	Ω

這些參數(shù)反映了器件在開關(guān)過程中的電荷存儲和釋放特性，以及電容對開關(guān)速度的影響。較低的柵極電荷和電容有助于實現(xiàn)高速開關(guān)，降低開關(guān)損耗。

開關(guān)特性

參數(shù)	符號	測試條件	典型值	單位
導(dǎo)通延遲時間	$t_{d(ON)}$		18	ns
上升時間	$t_{r}$		24	ns
關(guān)斷延遲時間	$t_{d(OFF)}$	$V{GS}=-3/18V$，$V{DS}=800V$	47	ns
下降時間	$t_{f}$	$I_{D}=40A$	14	ns
導(dǎo)通開關(guān)損耗	$E_{ON}$	$R_{G}=4.5Ω$，感性負載	485	μJ
關(guān)斷開關(guān)損耗	$E_{OFF}$		220	μJ
總開關(guān)損耗	$E_{tot}$		705	μJ

快速的開關(guān)速度和較低的開關(guān)損耗使得該器件在高頻應(yīng)用中具有明顯的優(yōu)勢。不過，在實際應(yīng)用中，我們還需要考慮開關(guān)過程中的電壓和電流尖峰，以及由此產(chǎn)生的電磁干擾（EMI）問題。

源漏二極管特性

參數(shù)	符號	測試條件	典型值	單位
連續(xù)源漏二極管正向電流	$I_{SD}$	$V{GS}=-3V$，$T{c}=25^{\circ}C$	89	A
脈沖源漏二極管正向電流	$I_{SDM}$		297	A
正向二極管電壓	$V_{SD}$	$V{GS}=-3V$，$I{SD}=40A$，$T_{J}=25^{\circ}C$	4.5	V
反向恢復(fù)時間	$t_{RR}$	$V{GS}=-3/18V$，$I{SD}=40A$，$di{SD}/dt = 1000A/μs$，$V{DS}=800V$	23	ns
反向恢復(fù)電荷	$Q_{RR}$		146	nC
反向恢復(fù)能量	$E_{REC}$		5	μJ
峰值反向恢復(fù)電流	$I_{RRM}$		13	A
充電時間	$t_{A}$		13	ns
放電時間	$t_{B}$		10	ns

源漏二極管的特性對于器件在反向?qū)〞r的性能至關(guān)重要。較短的反向恢復(fù)時間和較低的反向恢復(fù)電荷可以減少開關(guān)損耗和 EMI。

典型應(yīng)用

該器件的典型應(yīng)用包括汽車車載充電器和電動汽車/混合動力汽車的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。在這些應(yīng)用中，需要器件具有高電壓、大電流處理能力，以及快速的開關(guān)速度和低損耗，而 NVBG022N120M3S 正好滿足這些要求。

機械封裝和尺寸

器件采用 D2PAK - 7L（TO - 263 - 7L HV）封裝，其具體尺寸如下：	尺寸	最小值（mm）	標稱值（mm）
A	4.30	4.50	4.70
A1	0.00	0.10	0.20
b2	0.60	0.70	0.80
b	0.51	0.60	0.70
C	0.40	0.50	0.60
c2	1.20	1.30	1.40
D	9.00	9.20	9.40
D1	6.15	6.80	7.15
E	9.70	9.90	10.20
E1	7.15	7.65	8.15
e		1.27
H	15.10	15.40	15.70
L	2.44	2.64	2.84
L1	1.00	1.20	1.40
L3		0.25
aaa	~		0.25

在進行 PCB 設(shè)計時，我們需要根據(jù)這些尺寸來合理布局器件，確保其散熱和電氣連接的可靠性。

總結(jié)

總的來說，onsemi 的 NVBG022N120M3S SiC MOSFET 是一款性能卓越的功率半導(dǎo)體器件，具有高電壓、大電流處理能力，低導(dǎo)通電阻、低柵極電荷和低電容等優(yōu)點，適合高速開關(guān)應(yīng)用。在汽車等對可靠性要求極高的領(lǐng)域，該器件具有廣闊的應(yīng)用前景。不過，在實際應(yīng)用中，我們還需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇器件的工作參數(shù)，并注意散熱和 EMI 等問題。希望我的分享能夠?qū)Υ蠹以陔娮釉O(shè)計中有所幫助，如果大家在使用過程中有任何問題，歡迎一起交流探討。

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