onsemi碳化硅MOSFET NTBG040N120SC1：性能与应用解析

一、引言

在电力电子领域，碳化硅（SiC）MOSFET凭借其卓越的性能，正逐渐成为众多应用的首选功率器件。onsemi推出的EliteSiC系列中的NTBG040N120SC1型号，以其独特的特性和广泛的应用前景，吸引了众多电子工程师的关注。本文将深入剖析这款器件的关键特性、性能参数以及典型应用，为工程师们在设计中提供有价值的参考。

文件下载：NTBG040N120SC1-D.PDF

二、关键特性

低导通电阻

这款MOSFET的典型导通电阻 (R_{DS(on)}) 为40 mΩ，低导通电阻意味着在导通状态下，器件的功率损耗更低，能够有效提高系统的效率。这对于追求高效能源转换的应用来说至关重要，例如UPS和DC - DC转换器。

超低栅极电荷

典型的总栅极电荷 (Q_{G(tot)}) 为106 nC，超低的栅极电荷使得器件在开关过程中所需的驱动能量更少，从而降低了驱动电路的功耗，同时也有助于提高开关速度，减少开关损耗。

低有效输出电容

典型的输出电容 (C_{oss}) 为139 pF，低输出电容可以减少器件在开关过程中的能量存储和释放，进一步降低开关损耗，提高系统的效率和可靠性。

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，增强了系统的鲁棒性。

高温性能

其结温 (T_{J}) 可高达175°C，能够在高温环境下正常工作，适应各种复杂的应用场景。同时，该器件符合无卤和RoHS标准，环保性能良好。

三、最大额定值与电气特性

最大额定值

参数	符号	值	单位
漏源电压 (V_{DSS})	(V_{DSS})	1200	V
栅源电压 (V_{GS})	(V_{GS})	+25/ - 15	V
推荐栅源电压 (V_{GSop})	(V_{GSop})	+20/ - 5	V
连续漏极电流（(T_{C}=25^{circ}C)）	(I_{D})	60	A
功率耗散（(T_{C}=25^{circ}C)）	(P_{D})	357	W
连续漏极电流（(T_{C}=100^{circ}C)）	(I_{D})	43	A
功率耗散（(T_{C}=100^{circ}C)）	(P_{D})	178	W
脉冲漏极电流（(T_{A}=25^{circ}C)）	(I_{DM})	240	A
工作结温和存储温度范围	(T{J}, T{stg})	- 55 to +175	°C
源极电流（体二极管）	(I_{S})	36	A
单脉冲漏源雪崩能量（(I{L}=34 A{pk}, L = 1 mH)）	(E_{AS})	578	mJ
焊接最大引线温度（距外壳1/8″，10秒）	(T_{L})	300	°C

电气特性

关断特性

• 漏源击穿电压 (V{(BR)DSS})：在 (V{GS}=0 V)，(I_{D}=1 mA) 时为1200 V。
• 漏源击穿电压温度系数 (V{(BR)DSS}/T{J})：在 (I_{D}=1 mA) 时为0.45 V/°C。
• 零栅压漏极电流 (I{DSS})：在 (V{GS}=0 V)，(V{DS}=1200 V)，(T{J}=25^{circ}C) 时为100 μA，(T_{J}=175^{circ}C) 时为1 mA。
• 栅源泄漏电流 (I{GSS})：在 (V{GS}= +25/ - 15 V)，(V_{DS}=0 V) 时为 ±1 μA。

导通特性

• 栅极阈值电压 (V{GS(th)})：在 (V{GS}=V{DS})，(I{D}=10 mA) 时，范围为1.8 - 4.3 V。
• 推荐栅极电压： - 5 - +20 V。
• 漏源导通电阻 (R{DS(on)})：在 (V{GS}=20 V)，(I{D}=35 A)，(T{J}=25^{circ}C) 时，典型值为40 mΩ，最大值为56 mΩ；在 (T_{J}=175^{circ}C) 时，典型值为71 mΩ，最大值为100 mΩ。
• 正向跨导 (g{fs})：在 (V{DS}=20 V)，(I_{D}=35 A) 时，典型值为20 S。

电荷、电容与栅极电阻

• 输入电容 (C{iss})：在 (V{GS}=0 V)，(f = 1 MHz) 时为1789 pF。
• 输出电容 (C{oss})：在 (V{DS}=800 V) 时为139 pF。
• 反向传输电容 (C_{RSS})：为12.5 pF。
• 总栅极电荷 (Q{G(tot)})：在 (V{GS}= - 5/20 V)，(V{DS}=600 V)，(I{D}=47 A) 时为106 nC。
• 阈值栅极电荷 (Q_{G(TH)})：为18 nC。
• 栅源电荷 (Q_{GS})：为34 nC。
• 栅漏电荷 (Q_{GD})：为26 nC。
• 栅极电阻 (R_{G})：在 (f = 1 MHz) 时为2 Ω。

开关特性

• 开通延迟时间 (t{d(on)})：在 (V{GS}= - 5/20 V)，(V_{DS}=800 V) 时，范围为17 - 30 ns。
• 上升时间 (t{r})：在 (I{D}=47 A)，(R_{G}=4.7 Ω)，感性负载下，范围为20 - 36 ns。
• 关断延迟时间 (t_{d(off)})：范围为30 - 48 ns。
• 下降时间 (t_{f})：范围为9 - 18 ns。
• 开通开关损耗 (E_{ON})：为366 μJ。
• 关断开关损耗 (E_{OFF})：为200 μJ。
• 总开关损耗 (E_{TOT})：为566 μJ。

漏源二极管特性

• 连续漏源二极管正向电流 (I{SD})：在 (V{GS}= - 5 V)，(T_{J}=25^{circ}C) 时为36 A。
• 脉冲漏源二极管正向电流 (I{SDM})：在 (V{GS}= - 5 V)，(T_{J}=25^{circ}C) 时为240 A。
• 正向二极管电压 (V{SD})：在 (V{GS}= - 5 V)，(I{SD}=17.5 A)，(T{J}=25^{circ}C) 时为3.7 V。
• 反向恢复时间 (t{rr})：在 (V{GS}= - 5/20 V)，(I{SD}=47 A)，(dI{S}/dt = 1000 A/μs) 时为24 ns。
• 反向恢复电荷 (Q_{rr})：为124.8 nC。
• 反向恢复能量 (E_{rec})：为8.4 μJ。
• 峰值反向恢复电流 (I_{RRM})：为10.4 A。
• 充电时间 (t_{a})：为12.4 ns。
• 放电时间 (t_{b})：为11.6 ns。

四、典型应用

UPS（不间断电源）

在UPS系统中，NTBG040N120SC1的低导通电阻和低开关损耗特性可以有效提高电源的转换效率，减少能量损耗。同时，其高耐压和高温性能能够保证在各种复杂的电网环境下稳定工作，为负载提供可靠的电力支持。

DC - DC转换器

DC - DC转换器需要高效的功率转换和稳定的输出电压。这款MOSFET的低导通电阻和快速开关速度可以降低转换器的功耗，提高转换效率，并且能够适应不同的输入输出电压要求，满足各种应用场景的需求。

升压逆变器

在升压逆变器中，NTBG040N120SC1的高耐压和大电流处理能力可以实现高效的电压升压，同时其低开关损耗能够减少逆变器的发热，提高系统的可靠性和稳定性。

五、热特性

参数	符号	最大值	单位
结到外壳热阻	(R_{θJC})	0.42	°C/W
结到环境热阻	(R_{θJA})	40	°C/W

热特性对于功率器件的性能和可靠性至关重要。较低的热阻可以有效地将热量散发出去，保证器件在安全的温度范围内工作。工程师在设计散热系统时，需要根据这些热阻参数合理选择散热方式和散热器件，以确保器件的正常运行。

六、封装与订购信息

封装

该器件采用D2PAK - 7L（TO - 263 - 7L HV）封装，这种封装具有良好的散热性能和机械稳定性，便于安装和焊接。

订购信息

器件	封装	包装
NTBG040N120SC1	D2PAK - 7L	800 / 卷带包装

七、总结

onsemi的NTBG040N120SC1碳化硅MOSFET以其卓越的性能和广泛的应用前景，为电子工程师在电力电子设计中提供了一个优秀的选择。其低导通电阻、超低栅极电荷、低有效输出电容等特性，使得它在UPS、DC - DC转换器和升压逆变器等应用中表现出色。同时，其良好的热特性和高可靠性也为系统的稳定运行提供了保障。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用需求，合理选择和使用这款器件，以实现最佳的系统性能。你在使用这款器件的过程中，是否遇到过一些特殊的问题或者有独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。