onsemi NVTFS4C10N 功率MOSFET的特性与应用解析

在电子工程师的日常设计工作中，功率MOSFET是经常会用到的重要元件。今天我们就来深入探讨一下 onsemi 推出的NVTFS4C10N这款N沟道单通道功率MOSFET，剖析它的各项特性、参数以及适用场景。

文件下载：NVTFS4C10N-D.PDF

一、产品概述

NVTFS4C10N是一款耐压30V，导通电阻极低且载流能力达47A的N沟道MOSFET。它具有低导通电阻、低电容以及优化的栅极电荷等特性，能有效降低导通损耗、驱动损耗和开关损耗。其型号带有NVT前缀，适用于汽车及其他有独特产地和控制变更要求的应用领域，并且通过了AEC - Q101认证，具备PPAP生产件批准程序能力。同时，该器件无铅、无卤素/无溴化阻燃剂，符合RoHS标准。

二、关键参数

（一）最大额定值

在 $T_{J}=25^{circ}C$ 的条件下，该MOSFET的各项最大额定值如下：

• 电压方面：漏源电压 $V{DSS}$ 为30V，栅源电压 $V{GS}$ 最大为 +20V。
• 电流方面：连续漏极电流 $I{D}$ 在不同条件下有不同值，例如在特定条件下为15.3A；源极电流（体二极管）$I{S}$ 为53A。
• 功率方面：功率耗散在不同温度下有所不同，$T{C}=25^{circ}C$ 时为3.0W，$T{C}=100^{circ}C$ 时为28W。
• 温度范围：工作结温和存储温度范围为 -55°C 到 +175°C。

（二）电气特性

1. 关断特性
   • 漏源击穿电压 $V{(BR)DSS}$ 在 $V{GS}=0V$，$I_{D}=250mu A$ 时为30V，其温度系数为14.5mV/°C。
   • 零栅压漏极电流 $I{DSS}$ 在 $V{GS}=0V$，$V{DS}=24V$，$T{J}=25^{circ}C$ 时为1.0μA，$T_{J}=125^{circ}C$ 时为10μA。
   • 栅源泄漏电流 $I{GSS}$ 在 $V{DS}=0V$，$V_{GS}=pm20V$ 时为 $pm100nA$。
2. 导通特性
   • 栅极阈值电压 $V{GS(TH)}$ 在 $V{GS}=V{DS}$，$I{D}=250mu A$ 时，典型值为1.3V，最大值为2.2V，其阈值温度系数为 -4.5mV/°C。
   • 漏源导通电阻 $R{DS(on)}$ 在 $V{GS}=10V$，$I{D}=30A$ 时，典型值为5.9mΩ，最大值为7.4mΩ；在 $V{GS}=4.5V$，$I_{D}=15A$ 时，典型值为8.8mΩ，最大值为11mΩ。
   • 正向跨导 $g{FS}$ 在 $V{DS}=1.5V$，$I_{D}=15A$ 时，典型值为43S。
   • 栅极电阻 $R{G}$ 在 $T{A}=25^{circ}C$ 时为1.0Ω。
3. 电荷与电容特性
   • 输入电容 $C{iss}$ 在 $V{GS}=0V$，$f = 1MHz$，$V_{DS}=15V$ 时为993pF。
   • 输出电容 $C{oss}$ 为574pF，反向传输电容 $C{RSS}$ 为163pF，电容比 $C{RSS}/C{iss}$ 为0.164。
   • 总栅极电荷 $Q{G(TOT)}$ 在 $V{GS}=4.5V$，$V{DS}=15V$，$I{D}=30A$ 时为10.1nC；在 $V{GS}=10V$，$V{DS}=15V$，$I_{D}=30A$ 时为19.3nC。
4. 开关特性 在不同的栅源电压条件下，开关特性有所不同。例如在 $V{GS}=4.5V$，$V{DS}=15V$，$I{D}=15A$，$R{G}=3.0Ω$ 时，开通延迟时间 $t{d(ON)}$ 为9.0ns，上升时间 $t{r}$ 为30ns，关断延迟时间 $t{d(OFF)}$ 为14ns，下降时间 $t{f}$ 为7.0ns；在 $V{GS}=10V$ 时，开通延迟时间 $t{d(ON)}$ 为6.0ns，上升时间 $t{r}$ 为25ns，关断延迟时间 $t{d(OFF)}$ 为18ns，下降时间 $t_{f}$ 为4.0ns。
5. 漏源二极管特性
   • 正向二极管电压 $V{SD}$ 在 $V{GS}=0V$，$I{S}=10A$，$T{J}=25^{circ}C$ 时为0.80 - 1.1V，$T_{J}=125^{circ}C$ 时为0.67V。
   • 反向恢复时间 $t{RR}$ 为23.3ns，反向恢复电荷 $Q{RR}$ 为8.3nC。

三、典型特性

文档中给出了多个典型特性图，包括导通区域特性、传输特性、导通电阻与栅源电压关系、导通电阻与漏极电流和栅极电压关系、导通电阻随温度变化、漏源泄漏电流与电压关系、电容变化、栅源和漏源电压与总电荷关系、电阻性开关时间随栅极电阻变化、二极管正向电压与电流关系、最大额定正向偏置安全工作区、热响应、$g{FS}$ 与 $I{D}$ 关系以及雪崩特性等。这些特性图能帮助工程师更直观地了解该MOSFET在不同工作条件下的性能表现。

四、封装与订购信息

（一）封装

NVTFS4C10N有两种封装形式：WDFN8（8FL）CASE 511AB和WDFNW8（8FL WF）CASE 515AN，均为3.3x3.3，0.65P的尺寸规格。文档详细给出了这两种封装的机械尺寸，包括各部分的最小、标称和最大尺寸，单位有毫米和英寸两种表示。

（二）订购信息

提供了两种具体型号的订购信息：NVTFS4C10NTAG采用WDFN8（无铅）封装，NVTFS4C10NWFTAG采用WDFNW8（无铅，可焊侧翼）封装，均以1500个/卷带盘的形式发货。

五、总结与思考

NVTFS4C10N功率MOSFET凭借其低导通电阻、低电容和优化的栅极电荷等特性，在汽车及其他对性能和可靠性要求较高的应用领域具有很大的优势。工程师在设计电路时，需要根据具体的应用场景，仔细考虑其各项参数，如导通电阻、开关特性等对电路性能的影响。同时，封装形式的选择也需要结合实际的电路板布局和散热要求等因素。大家在实际应用中是否遇到过类似MOSFET参数与实际需求不匹配的情况呢？又是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。