探索 onsemi NVBG022N120M3S SiC MOSFET 的卓越性能

在当今电子技术飞速发展的时代，功率半导体器件的性能提升对于各类电子设备的高效运行至关重要。作为一名电子工程师，我最近深入研究了 onsemi 的 NVBG022N120M3S 碳化硅（SiC）MOSFET，这款器件在性能上表现卓越，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 封装。它具有超低的导通电阻、极低的栅极电荷和低电容等特点，非常适合高速开关应用。同时，该器件经过 100% 雪崩测试，符合 AEC - Q101 标准，具备 PPAP 能力，并且是 RoHS 合规的，这使得它在汽车等对可靠性要求极高的领域具有广泛的应用前景。

关键参数解读

最大额定值

参数	符号	值	单位
漏源电压	$V_{DSS}$	1200	V
栅源电压	$V_{GS}$	-10/+22	V
推荐栅源电压工作值（$T_{c}<175^{\circ}C$）	$V_{GSop}$	-3/+18	V
连续漏极电流（$T_{c}=25^{\circ}C$，稳态）	$I_{D}$	100	A
功率耗散	$P_{D}$	441	W
连续漏极电流（$T_{c}=100^{\circ}C$，稳态）	$I_{D}$	71	A
功率耗散	$P_{D}$	220	W
脉冲漏极电流（$T_{c}=25^{\circ}C$）	$I_{DM}$	297	A
工作结温和存储温度范围	$T{J}, T{stg}$	-55 至 +175	$^{\circ}C$
源极电流（体二极管，$T{c}=25^{\circ}C$，$V{GS}=-3V$）	$I_{S}$	89	A
单脉冲漏源雪崩能量（$I_{(pk)}=23.1A$，$L = 1mH$）	$E_{AS}$	267	mJ
最大焊接温度（10s）	$T_{L}$	270	$^{\circ}C$

从这些参数中我们可以看出，该器件能够承受较高的电压和电流，并且在较宽的温度范围内保持稳定的性能。不过，在实际应用中，我们需要注意不要超过这些最大额定值，否则可能会损坏器件，影响其可靠性。

热特性

参数	符号	最大值	单位
结到壳热阻（稳态）	$R_{θJC}$	0.34	$^{\circ}C/W$
结到环境热阻（稳态）	$R_{θJA}$	40	$^{\circ}C/W$

热特性对于功率器件来说至关重要，较低的热阻意味着器件能够更有效地散热，从而提高其可靠性和性能。在设计散热系统时，我们需要根据这些热阻参数来选择合适的散热片和散热方式。

电气特性

关态特性

• 漏源击穿电压：$V{(BR)DSS}$ 在 $V{GS}=0V$，$I_{D}=1mA$ 时为 1200V，并且其温度系数为 -0.3V/$^{\circ}C$，这表明随着温度的升高，击穿电压会略有下降。
• 零栅压漏极电流：$I{DSS}$ 在 $V{GS}=0V$，$V_{DS}=1200V$ 时最大为 100μA。
• 栅源泄漏电流：$I{GSS}$ 在 $V{GS}= +22/ - 10V$，$V_{DS}=0V$ 时最大为 ±1μA。

开态特性

• 栅极阈值电压：$V{GS(TH)}$ 在 $V{GS}=V{DS}$，$I{D}=20mA$ 时，典型值为 2.72V，范围在 2.04V 至 4.4V 之间。
• 推荐栅极电压：$V_{GOP}$ 为 -3V 至 +18V。
• 漏源导通电阻：$R{DS(on)}$ 在 $V{GS}=18V$，$I{D}=40A$，$T{J}=25^{\circ}C$ 时典型值为 22mΩ，最大值为 30mΩ；在 $T_{J}=175^{\circ}C$ 时，典型值为 44mΩ。
• 正向跨导：$g{fs}$ 在 $V{DS}=10V$，$I_{D}=40A$ 时典型值为 34S。

电荷、电容和栅极电阻

参数	符号	测试条件	典型值	单位
输入电容	$C_{iss}$	$V{GS}=0V$，$f = 1MHz$，$V{DS}=800V$	3175	pF
输出电容	$C_{oss}$		146	pF
反向传输电容	$C_{RSS}$		14	pF
总栅极电荷	$Q_{G(TOT)}$	$V{GS}=-3/18V$，$V{DS}=800V$，$I_{D}=40A$	142	nC
阈值栅极电荷	$Q_{G(TH)}$		11	nC
栅源电荷	$Q_{GS}$		16	nC
栅漏电荷	$Q_{GD}$		38	nC
栅极电阻	$R_{G}$	$f = 1MHz$	1.5	Ω

这些参数反映了器件在开关过程中的电荷存储和释放特性，以及电容对开关速度的影响。较低的栅极电荷和电容有助于实现高速开关，降低开关损耗。

开关特性

参数	符号	测试条件	典型值	单位
导通延迟时间	$t_{d(ON)}$		18	ns
上升时间	$t_{r}$		24	ns
关断延迟时间	$t_{d(OFF)}$	$V{GS}=-3/18V$，$V{DS}=800V$	47	ns
下降时间	$t_{f}$	$I_{D}=40A$	14	ns
导通开关损耗	$E_{ON}$	$R_{G}=4.5Ω$，感性负载	485	μJ
关断开关损耗	$E_{OFF}$		220	μJ
总开关损耗	$E_{tot}$		705	μJ

快速的开关速度和较低的开关损耗使得该器件在高频应用中具有明显的优势。不过，在实际应用中，我们还需要考虑开关过程中的电压和电流尖峰，以及由此产生的电磁干扰（EMI）问题。

源漏二极管特性

参数	符号	测试条件	典型值	单位
连续源漏二极管正向电流	$I_{SD}$	$V{GS}=-3V$，$T{c}=25^{\circ}C$	89	A
脉冲源漏二极管正向电流	$I_{SDM}$		297	A
正向二极管电压	$V_{SD}$	$V{GS}=-3V$，$I{SD}=40A$，$T_{J}=25^{\circ}C$	4.5	V
反向恢复时间	$t_{RR}$	$V{GS}=-3/18V$，$I{SD}=40A$，$di{SD}/dt = 1000A/μs$，$V{DS}=800V$	23	ns
反向恢复电荷	$Q_{RR}$		146	nC
反向恢复能量	$E_{REC}$		5	μJ
峰值反向恢复电流	$I_{RRM}$		13	A
充电时间	$t_{A}$		13	ns
放电时间	$t_{B}$		10	ns

源漏二极管的特性对于器件在反向导通时的性能至关重要。较短的反向恢复时间和较低的反向恢复电荷可以减少开关损耗和 EMI。

典型应用

该器件的典型应用包括汽车车载充电器和电动汽车/混合动力汽车的 DC/DC 转换器。在这些应用中，需要器件具有高电压、大电流处理能力，以及快速的开关速度和低损耗，而 NVBG022N120M3S 正好满足这些要求。

机械封装和尺寸

器件采用 D2PAK - 7L（TO - 263 - 7L HV）封装，其具体尺寸如下：	尺寸	最小值（mm）	标称值（mm）	最大值（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

在进行 PCB 设计时，我们需要根据这些尺寸来合理布局器件，确保其散热和电气连接的可靠性。

总结

总的来说，onsemi 的 NVBG022N120M3S SiC MOSFET 是一款性能卓越的功率半导体器件，具有高电压、大电流处理能力，低导通电阻、低栅极电荷和低电容等优点，适合高速开关应用。在汽车等对可靠性要求极高的领域，该器件具有广阔的应用前景。不过，在实际应用中，我们还需要根据具体的应用需求，合理选择器件的工作参数，并注意散热和 EMI 等问题。希望我的分享能够对大家在电子设计中有所帮助，如果大家在使用过程中有任何问题，欢迎一起交流探讨。