探索 onsemi NTH4L022N120M3S碳化硅MOSFET的卓越性能

在电力电子领域，碳化硅（SiC）MOSFET凭借其出色的性能逐渐成为众多应用的首选。今天，我们就来深入探讨 onsemi 的 NTH4L022N120M3S 这款 1200V、22mΩ 的碳化硅 MOSFET，看看它到底有哪些独特之处。

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产品概述

NTH4L022N120M3S 属于 EliteSiC 系列，采用 TO - 247 - 4L 封装。它具有诸多令人瞩目的特性，适用于太阳能逆变器、电动汽车充电站、不间断电源（UPS）、储能系统以及开关模式电源（SMPS）等多种典型应用场景。

关键特性剖析

低导通电阻

在 $V{GS}=18V$ 的条件下，典型的 $R{DS(on)}$ 仅为 22mΩ，这意味着在导通状态下，器件的功率损耗较低，能够有效提高系统的效率。大家可以思考一下，在高功率应用中，这样低的导通电阻能为我们节省多少电能呢？

超低栅极电荷

其总栅极电荷 $Q_{G(tot)}$ 仅为 137nC。低栅极电荷使得器件在开关过程中所需的驱动能量较少，从而可以实现高速开关，减少开关损耗。这对于追求高频开关的应用来说，无疑是一个巨大的优势。

高速开关与低电容

该器件的输出电容 $C_{oss}$ 为 146pF，较低的电容值有助于降低开关过程中的能量损耗，进一步提高开关速度。在高频开关应用中，低电容特性可以显著减少开关时间，提高系统的响应速度。

雪崩测试

NTH4L022N120M3S 经过 100% 雪崩测试，这表明它在承受雪崩能量时具有较高的可靠性，能够在恶劣的工作条件下稳定运行。

环保特性

此器件无卤化物，符合 RoHS 指令豁免条款 7a，并且在二级互连（2LI）上采用无铅工艺，体现了 onsemi 在环保方面的努力。

主要参数解读

最大额定值

• 电压参数：漏源电压 $V{DSS}$ 最大值为 1200V，栅源电压 $V{GS}$ 范围为 - 10V 至 + 22V。这决定了器件能够承受的最大电压，在设计电路时，必须确保实际工作电压在这个范围内，否则可能会导致器件损坏。
• 电流参数：在 $T{C}=25^{\circ}C$ 时，连续漏极电流 $I{D}$ 最大值为 89A；在 $T{C}=100^{\circ}C$ 时，连续漏极电流为 62A。脉冲漏极电流 $I{DM}$ 在 $T_{C}=25^{\circ}C$ 时可达 275A。这些电流参数限制了器件在不同温度和工作模式下的电流承载能力。
• 功率参数：在 $T{C}=25^{\circ}C$ 时，功率耗散 $P{D}$ 为 348W；在 $T_{C}=100^{\circ}C$ 时，功率耗散为 174W。功率耗散与器件的散热设计密切相关，合理的散热措施可以确保器件在允许的功率范围内正常工作。
• 温度范围：工作结温和存储温度范围为 - 55℃ 至 + 175℃，这使得器件能够在较宽的温度环境下稳定工作。

热特性

• 结到壳的稳态热阻 $R{θJC}$ 最大为 0.43℃/W，结到环境的稳态热阻 $R{θJA}$ 为 40℃/W。热阻参数对于评估器件的散热性能至关重要，在设计散热系统时，需要根据这些参数来选择合适的散热片和散热方式。

推荐工作条件

推荐的栅源电压 $V_{GSop}$ 范围为 - 5V 至 - 3V 和 + 18V。在实际应用中，应尽量将栅源电压控制在这个范围内，以确保器件的正常工作和可靠性。

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，其温度系数为 - 0.3V/℃。零栅压漏电流 $I{DSS}$ 在 $V{DS}=1200V$、$T{J}=25^{\circ}C$ 时为 100μA，栅源泄漏电流 $I{GSS}$ 在 $V{GS}= + 22V$ 或 - 10V、$V_{DS}=0V$ 时为 ± 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。在 $V{GS}=18V$、$I{D}=40A$、$T{J}=25^{\circ}C$ 时，漏源导通电阻 $R{DS(on)}$ 典型值为 22mΩ，在 $T{J}=175^{\circ}C$ 时为 44mΩ。正向跨导 $g{fs}$ 在 $V{DS}=10V$、$I{D}=40A$ 时典型值为 34S。
• 开关特性：开通延迟时间 $t{d(ON)}$ 为 18ns，上升时间 $t{r}$ 为 24ns，关断延迟时间 $t{d(OFF)}$ 为 48ns，下降时间 $t{f}$ 为 13ns。开通开关损耗 $E{ON}$ 为 490μJ，关断开关损耗 $E{OFF}$ 为 221μJ，总开关损耗 $E_{tot}$ 为 711μJ。这些开关特性参数对于评估器件在开关过程中的性能非常重要，在高频开关应用中，需要特别关注开关损耗的大小。
• 源 - 漏二极管特性：连续源 - 漏二极管正向电流 $I{SD}$ 在 $V{GS}=-3V$、$T{C}=25^{\circ}C$ 时最大值为 72A，脉冲源 - 漏二极管正向电流 $I{SDM}$ 为 275A。正向二极管电压 $V{SD}$ 在 $V{GS}=-3V$、$I{SD}=40A$、$T{J}=25^{\circ}C$ 时典型值为 4.5V。反向恢复时间 $t{RR}$ 为 22ns，反向恢复电荷 $Q{RR}$ 为 138nC，反向恢复能量 $E{REC}$ 为 5μJ，峰值反向恢复电流 $I{RRM}$ 为 13A，充电时间 $T{A}$ 为 13ns，放电时间 $T{B}$ 为 9ns。

典型特性曲线分析

文档中提供了一系列典型特性曲线，包括导通区域特性、归一化导通电阻与漏极电流和栅极电压的关系、导通电阻随温度的变化、导通电阻与栅源电压的关系、传输特性、开关损耗与漏极电流、漏极电压、栅极电阻、温度的关系，以及二极管正向电压与电流、电容与漏源电压等关系曲线。这些曲线可以帮助我们更直观地了解器件在不同工作条件下的性能变化，为电路设计和优化提供重要参考。例如，通过导通电阻随温度的变化曲线，我们可以预测在不同温度下器件的功率损耗，从而合理设计散热系统。

封装与尺寸

NTH4L022N120M3S 采用 TO - 247 - 4L 封装，文档详细给出了封装的尺寸信息。在进行 PCB 设计时，我们需要根据这些尺寸来合理布局器件，确保引脚间距、散热空间等满足设计要求。

总结

onsemi 的 NTH4L022N120M3S 碳化硅 MOSFET 以其低导通电阻、超低栅极电荷、高速开关、低电容、高可靠性和环保等特性，在电力电子领域具有广阔的应用前景。在实际设计中，我们需要根据具体的应用需求，合理选择和使用该器件，并结合其各项参数和特性曲线进行电路优化，以充分发挥其性能优势。同时，也要注意器件的最大额定值和推荐工作条件，确保系统的可靠性和稳定性。大家在使用这款器件的过程中，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。