onsemi NTHL022N120M3S碳化硅MOSFET：高效电源解决方案

一、引言

在当今的电子设备中，高效、可靠的电源管理至关重要。碳化硅（SiC）MOSFET作为一种新兴的功率半导体器件，凭借其优异的性能，在诸多领域展现出巨大的应用潜力。本文将详细介绍onsemi公司的NTHL022N120M3S碳化硅MOSFET，探讨其特性、应用场景以及技术参数。

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二、产品特性

2.1 低导通电阻

该MOSFET典型导通电阻 (R{DS(on)}) 在 (V{GS}=18V) 时为 (22mOmega)，低导通电阻意味着在导通状态下的功率损耗更小，能够有效提高电源转换效率，降低发热。这对于提高整个系统的能源利用率和可靠性具有重要意义。

2.2 超低栅极电荷

栅极总电荷 (Q_{G(tot)} = 137nC)，超低的栅极电荷使得MOSFET在开关过程中所需的驱动能量更小，从而减少了驱动电路的损耗，提高了开关速度，降低了开关损耗。

2.3 低有效输出电容

输出电容 (C_{oss}=146pF)，低输出电容有助于减少开关过程中的容性损耗，进一步提高开关效率，尤其在高频应用中表现出色。

2.4 雪崩测试

该器件经过100%雪崩测试，这意味着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，为系统提供了额外的安全保障。

2.5 环保特性

此器件为无卤产品，符合RoHS指令豁免条款7a，并且在二级互连采用无铅2LI技术，体现了环保理念，满足现代电子设备对环保的要求。

三、典型应用

3.1 太阳能逆变器

太阳能逆变器需要高效的功率转换，NTHL022N120M3S的低导通电阻和低开关损耗能够提高逆变器的转换效率，将太阳能电池板产生的直流电高效地转换为交流电，提高太阳能发电系统的整体性能。

3.2 电动汽车充电站

在电动汽车充电站中，快速充电是关键需求。该MOSFET的高开关速度和低损耗特性，能够实现高效的功率转换，减少充电时间，提高充电效率，为电动汽车的普及提供有力支持。

3.3 UPS（不间断电源）

UPS需要在市电中断时迅速提供稳定的电力。NTHL022N120M3S的可靠性和高效性能够确保UPS在关键时刻稳定工作，为重要设备提供可靠的电力保障。

3.4 储能系统

储能系统需要高效的能量存储和释放，该MOSFET的高性能能够满足储能系统对功率转换效率和可靠性的要求，提高储能系统的性能和使用寿命。

3.5 SMPS（开关模式电源）

在开关模式电源中，NTHL022N120M3S的低损耗和高开关速度能够提高电源的效率和功率密度，减小电源的体积和重量，满足现代电子设备对小型化和高效化的需求。

四、技术参数

4.1 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
连续漏极电流（(T_C = 25^{circ}C)）	(I_D)	89	A
连续漏极电流（(T_C = 100^{circ}C)）	(I_D)	62	A
脉冲漏极电流（(T_C = 25^{circ}C)）	(I_{DM})	275	A
功率耗散（(T_C = 25^{circ}C)）	(P_D)	348	W
功率耗散（(T_C = 100^{circ}C)）	(P_D)	174	W
工作结温和存储温度范围	(TJ, T{stg})	-55 至 +175	(^{circ}C)
源极电流（体二极管）	(I_S)	72	A
单脉冲漏源雪崩能量	(E_{AS})	267	mJ
最大焊接引线温度	(T_L)	270	(^{circ}C)

4.2 热特性

参数	符号	最大值	单位
结到壳稳态热阻	(R_{JC})	0.43	(^{circ}C/W)
结到环境稳态热阻	(R_{UA})	40	(^{circ}C/W)

4.3 推荐工作条件

参数	符号	值	单位
栅源电压工作值	(V_{GSop})	-5 … -3 +18	V

4.4 电气特性

4.4.1 关态特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
漏源击穿电压	(V_{(BR)DSS})	(V_{GS} = 0V, I_D = 1mA)	1200			V
漏源击穿电压温度系数	(V_{(BR)DSS}/T_J)	(I_D = 1mA)，参考 (25^{circ}C)	0.3			(V/^{circ}C)
零栅压漏极电流	(I_{DSS})	(V{GS} = 0V, V{DS} = 1200V, T_J = 25^{circ}C)			100	(mu A)
栅源泄漏电流	(I_{GSS})	(V{GS} = +22/-10V, V{DS} = 0V)			±1	(mu A)

4.4.2 开态特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
栅极阈值电压	(V_{GS(TH)})	(V{GS} = V{DS}, I_D = 20mA)	2.04	2.72	4.4	V
漏源导通电阻	(R_{DS(on)})	(V_{GS}=18V, I_D = 40A, T_J = 25^{circ}C)		22	30	(mOmega)
		(V_{GS}=18V, I_D = 40A, T_J = 175^{circ}C)		44		(mOmega)
正向跨导	(g_{FS})	(V_{DS}=10V, I_D = 40A)		34		S

4.4.3 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)	137	nC
阈值栅极电荷	(Q_{G(TH)})		9.2	nC
栅源电荷	(Q_{GS})		15	nC
栅漏电荷	(Q_{GD})		34	nC
栅极电阻	(R_G)	(f = 1MHz)	1.5 - 2	(Omega)

4.4.4 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)})		19	ns
上升时间	(t_r)		50	ns
关断延迟时间	(t_{d(OFF)})	(V{GS} = -3/18V, V{DS} = 800V)	44	ns
下降时间	(t_f)	(I_D = 40A)	14	ns
导通开关损耗	(E_{ON})	(R_g = 4.5Omega)，电感负载	1212	(mu J)
关断开关损耗	(E_{OFF})		307	(mu J)
总开关损耗	(E_{tot})		1519	(mu J)

4.4.5 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)			72	A
脉冲源漏二极管正向电流	(I_{SDM})			275	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, frac{diS}{dt}=1000A/mu s, V{DS}=800V)		24		ns
反向恢复电荷	(Q_{rr})		150		nC
反向恢复能量	(E_{REC})		14		(mu J)
峰值反向恢复电流	(I_{RRM})		12		A
充电时间	(t_A)		14		ns
放电时间	(t_B)		11		ns

五、机械封装

NTHL022N120M3S采用TO - 247 - 3L封装，详细的封装尺寸如下：	尺寸	最小值（mm）	标称值（mm）	最大值（mm）
A	4.58	4.70	4.82
A1	2.20	2.40	2.60
A2	1.40	1.50	1.60
D	20.32	20.57	20.82
E			15.87
E2	4.96	5.08	5.20
e		5.56
L
L1	3.69	3.81	3.93
øP	3.51	3.58	3.65
Q	5.34	5.46	5.58
S	5.34
b	1.17	1.26	1.35
b2		1.65	1.77
	2.42	2.54	2.66
C	0.51	0.61	0.71
D1	13.08
D2	0.51	0.93	1.35
E1
ø P1	6.60	6.80	7.00

这种封装形式便于安装和散热，适合在各种功率电子设备中使用。

六、总结

onsemi的NTHL022N120M3S碳化硅MOSFET凭借其低导通电阻、超低栅极电荷、低有效输出电容等优异特性，在太阳能逆变器、电动汽车充电站、UPS、储能系统和SMPS等领域具有广阔的应用前景。其丰富的技术参数和良好的机械封装设计，为电子工程师提供了一个高效、可靠的功率半导体解决方案。在实际应用中，工程师需要根据具体的设计需求，合理选择和使用该器件，以充分发挥其性能优势。同时，也需要注意器件的工作条件和安全要求，确保系统的稳定运行。你在使用这类MOSFET时，有没有遇到过什么特殊的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。