onsemi碳化硅MOSFET（NTH4L060N090SC1）的特性与应用解析

在电力电子领域，碳化硅（SiC）MOSFET凭借其优异的性能，正逐渐成为众多应用的首选功率器件。本文将深入解析onsemi的一款碳化硅MOSFET——NTH4L060N090SC1，探讨其特性、性能曲线以及典型应用场景。

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一、产品概述

NTH4L060N090SC1是onsemi推出的一款60mΩ、900V的碳化硅MOSFET，采用TO - 247 - 4L封装。它具有超低的栅极电荷和低有效输出电容，并且经过100% UIL测试，同时满足无卤和RoHS标准（豁免7a，二级互连无铅）。

二、产品特性

（一）低导通电阻

典型导通电阻 (R{DS(on)}) 在 (V{GS}=15V) 时为 (60mOmega)，在 (V_{GS}=18V) 时为 (43mOmega)。较低的导通电阻可以有效降低导通损耗，提高功率转换效率。这对于追求高效能的电源应用来说至关重要，例如在UPS和DC - DC转换器中，低导通电阻能够减少发热，提高系统的稳定性和可靠性。

（二）超低栅极电荷

典型的总栅极电荷 (Q_{G(tot)} = 87nC)。低栅极电荷意味着在开关过程中，驱动电路所需提供的电荷量较少，从而可以降低驱动损耗，提高开关速度。这对于高频开关应用非常有利，能够减少开关损耗，提高系统的效率。

（三）低有效输出电容

典型的输出电容 (C_{oss}=113pF)。低输出电容可以减少开关过程中的电容充放电损耗，进一步提高开关效率。在高频开关应用中，输出电容的大小直接影响开关损耗的大小，因此低输出电容是该器件的一个重要优势。

三、最大额定值

（一）电压与电流额定值

• 漏源电压 (V_{DSS}) 为900V，这决定了该器件能够承受的最大电压，适用于高压应用场景。
• 栅源电压 (V{GS}) 范围为 +22/ - 8V，推荐的工作电压 (V{GSop}) 为 - 5/+15V。在实际应用中，需要确保栅源电压在安全范围内，以避免器件损坏。
• 连续漏极电流 (I_D) 在 (T_C = 25^{circ}C) 时为46A，在 (T_C = 100^{circ}C) 时为32A。这表明器件的电流承载能力会随着温度的升高而下降，在设计电路时需要考虑温度对电流的影响。

  （二）功率与温度额定值

• 功率耗散 (P_D) 在 (T_C = 25^{circ}C) 时为221W，在 (T_C = 100^{circ}C) 时为110W。功率耗散与温度密切相关，随着温度的升高，器件的功率耗散能力会下降。
• 工作结温和存储温度范围为 - 55°C到 +175°C，这使得该器件能够在较宽的温度环境下正常工作。

四、电气特性

（一）关断特性

• 漏源击穿电压 (V{(BR)DSS}) 在 (V{GS}=0V)，(I_D = 1mA) 时为900V，其温度系数为 (574mV/^{circ}C)。这表明随着温度的升高，漏源击穿电压会有所增加。
• 零栅压漏电流 (I{DSS}) 在 (V{GS}=0V)，(V_{DS}=900V)，(T_J = 25^{circ}C) 时为100μA，在 (T_J = 175^{circ}C) 时为250μA。随着温度的升高，漏电流会增大，这需要在设计中考虑对漏电流的处理。

  （二）导通特性

• 栅极阈值电压 (V{GS(th)}) 在 (V{GS}=V_{DS})，(I_D = 5mA) 时，最小值为1.8V，典型值为2.7V，最大值为4.3V。在实际应用中，需要根据这个阈值电压来设计驱动电路，确保MOSFET能够正常导通。
• 漏源导通电阻 (R{DS(on)}) 在不同的 (V{GS}) 和 (TJ) 条件下有不同的值。例如，在 (V{GS}=15V)，(I_D = 20A)，(TJ = 25^{circ}C) 时，典型值为60mΩ；在 (V{GS}=18V)，(I_D = 20A)，(T_J = 25^{circ}C) 时，典型值为43mΩ。导通电阻会随着温度的升高而增大，这在设计中需要考虑对电路性能的影响。

  （三）电荷、电容与栅极电阻特性

• 输入电容 (C{iss}) 在 (V{GS}=0V)，(f = 1MHz)，(V_{DS}=450V) 时为1770pF。输入电容会影响MOSFET的开关速度和驱动电路的设计。
• 总栅极电荷 (Q{G(tot)}) 在 (V{GS}=-5/15V)，(V_{DS}=720V)，(I_D = 10A) 时为87nC。低的总栅极电荷有利于提高开关速度和降低驱动损耗。

  （四）开关特性

• 开通延迟时间 (t_{d(on)}) 典型值为17ns，上升时间 (tr) 典型值为15ns，关断延迟时间 (t{d(off)}) 典型值为29ns，下降时间 (t_f) 典型值为11ns。这些开关时间决定了MOSFET的开关速度，对于高频开关应用非常重要。
• 开通开关损耗 (E{ON}) 典型值为183μJ，关断开关损耗 (E{OFF}) 典型值为52μJ，总开关损耗 (E_{TOT}) 典型值为235μJ。开关损耗的大小直接影响系统的效率，在设计中需要尽量降低开关损耗。

  （五）漏源二极管特性

• 连续漏源二极管正向电流 (I{SD}) 在 (V{GS}=-5V)，(T_J = 25^{circ}C) 时为22A。
• 正向二极管电压 (V{SD}) 在 (V{GS}=-5V)，(I_{SD}=10A)，(T_J = 25^{circ}C) 时为3.9V。
• 反向恢复时间 (t{rr}) 典型值为18ns，反向恢复电荷 (Q{rr}) 典型值为84nC。反向恢复特性对于MOSFET在开关过程中的性能有重要影响，较短的反向恢复时间和较小的反向恢复电荷可以减少开关损耗。

五、典型应用

（一）UPS（不间断电源）

在UPS中，需要高效的功率转换和快速的响应速度。NTH4L060N090SC1的低导通电阻和低开关损耗可以提高UPS的效率，减少发热，延长电池的使用寿命。同时，其快速的开关速度可以确保在市电中断时能够迅速切换到备用电源，保证负载的正常运行。

（二）DC - DC转换器

DC - DC转换器需要将一种直流电压转换为另一种直流电压，并且要求高效率和高稳定性。该MOSFET的低导通电阻和低开关损耗可以降低转换过程中的能量损耗，提高转换器的效率。此外，其宽温度范围和高耐压能力可以确保在不同的工作环境下稳定工作。

（三）升压逆变器

升压逆变器需要将低电压转换为高电压，并且要求输出电压稳定。NTH4L060N090SC1的高耐压能力和快速的开关速度可以满足升压逆变器的要求，同时其低导通电阻和低开关损耗可以提高逆变器的效率。

六、总结

NTH4L060N090SC1作为一款高性能的碳化硅MOSFET，具有低导通电阻、超低栅极电荷、低有效输出电容等优点，适用于UPS、DC - DC转换器、升压逆变器等多种应用场景。在实际设计中，电子工程师需要根据具体的应用需求，合理选择器件的工作参数，充分发挥该器件的性能优势，同时要注意温度、电压、电流等因素对器件性能的影响，确保系统的稳定性和可靠性。你在使用这款器件的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。