探索 onsemi NVBG022N120M3S SiC MOSFET 的卓越性能

在當今電子技術飛速發展的時代，功率半導體器件的性能提升對于各類電子設備的高效運行至關重要。作為一名電子工程師，我最近深入研究了 onsemi 的 NVBG022N120M3S 碳化硅（SiC）MOSFET，這款器件在性能上表現卓越，下面就和大家分享一下我的研究成果。

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器件概述

NVBG022N120M3S 是 onsemi 推出的一款 1200V、22mΩ 的 SiC MOSFET，采用 $D^{2}$ PAK - 7L 封裝。它具有超低的導通電阻、極低的柵極電荷和低電容等特點，非常適合高速開關應用。同時，該器件經過 100% 雪崩測試，符合 AEC - Q101 標準，具備 PPAP 能力，并且是 RoHS 合規的，這使得它在汽車等對可靠性要求極高的領域具有廣泛的應用前景。

關鍵參數解讀

最大額定值

參數	符號	值	單位
漏源電壓	$V_{DSS}$	1200	V
柵源電壓	$V_{GS}$	-10/+22	V
推薦柵源電壓工作值（$T_{c}<175^{\circ}C$）	$V_{GSop}$	-3/+18	V
連續漏極電流（$T_{c}=25^{\circ}C$，穩態）	$I_{D}$	100	A
功率耗散	$P_{D}$	441	W
連續漏極電流（$T_{c}=100^{\circ}C$，穩態）	$I_{D}$	71	A
功率耗散	$P_{D}$	220	W
脈沖漏極電流（$T_{c}=25^{\circ}C$）	$I_{DM}$	297	A
工作結溫和存儲溫度范圍	$T{J}, T{stg}$	-55 至 +175	$^{\circ}C$
源極電流（體二極管，$T{c}=25^{\circ}C$，$V{GS}=-3V$）	$I_{S}$	89	A
單脈沖漏源雪崩能量（$I_{(pk)}=23.1A$，$L = 1mH$）	$E_{AS}$	267	mJ
最大焊接溫度（10s）	$T_{L}$	270	$^{\circ}C$

從這些參數中我們可以看出，該器件能夠承受較高的電壓和電流，并且在較寬的溫度范圍內保持穩定的性能。不過，在實際應用中，我們需要注意不要超過這些最大額定值，否則可能會損壞器件，影響其可靠性。

熱特性

參數	符號	最大值	單位
結到殼熱阻（穩態）	$R_{θJC}$	0.34	$^{\circ}C/W$
結到環境熱阻（穩態）	$R_{θJA}$	40	$^{\circ}C/W$

熱特性對于功率器件來說至關重要，較低的熱阻意味著器件能夠更有效地散熱，從而提高其可靠性和性能。在設計散熱系統時，我們需要根據這些熱阻參數來選擇合適的散熱片和散熱方式。

電氣特性

關態特性

漏源擊穿電壓：$V{(BR)DSS}$ 在 $V{GS}=0V$，$I_{D}=1mA$ 時為 1200V，并且其溫度系數為 -0.3V/$^{\circ}C$，這表明隨著溫度的升高，擊穿電壓會略有下降。
零柵壓漏極電流：$I{DSS}$ 在 $V{GS}=0V$，$V_{DS}=1200V$ 時最大為 100μA。
柵源泄漏電流：$I{GSS}$ 在 $V{GS}= +22/ - 10V$，$V_{DS}=0V$ 時最大為 ±1μA。

開態特性

柵極閾值電壓：$V{GS(TH)}$ 在 $V{GS}=V{DS}$，$I{D}=20mA$ 時，典型值為 2.72V，范圍在 2.04V 至 4.4V 之間。
推薦柵極電壓：$V_{GOP}$ 為 -3V 至 +18V。
漏源導通電阻：$R{DS(on)}$ 在 $V{GS}=18V$，$I{D}=40A$，$T{J}=25^{\circ}C$ 時典型值為 22mΩ，最大值為 30mΩ；在 $T_{J}=175^{\circ}C$ 時，典型值為 44mΩ。
正向跨導：$g{fs}$ 在 $V{DS}=10V$，$I_{D}=40A$ 時典型值為 34S。

電荷、電容和柵極電阻

參數	符號	測試條件	典型值	單位
輸入電容	$C_{iss}$	$V{GS}=0V$，$f = 1MHz$，$V{DS}=800V$	3175	pF
輸出電容	$C_{oss}$		146	pF
反向傳輸電容	$C_{RSS}$		14	pF
總柵極電荷	$Q_{G(TOT)}$	$V{GS}=-3/18V$，$V{DS}=800V$，$I_{D}=40A$	142	nC
閾值柵極電荷	$Q_{G(TH)}$		11	nC
柵源電荷	$Q_{GS}$		16	nC
柵漏電荷	$Q_{GD}$		38	nC
柵極電阻	$R_{G}$	$f = 1MHz$	1.5	Ω

這些參數反映了器件在開關過程中的電荷存儲和釋放特性，以及電容對開關速度的影響。較低的柵極電荷和電容有助于實現高速開關，降低開關損耗。

開關特性

參數	符號	測試條件	典型值	單位
導通延遲時間	$t_{d(ON)}$		18	ns
上升時間	$t_{r}$		24	ns
關斷延遲時間	$t_{d(OFF)}$	$V{GS}=-3/18V$，$V{DS}=800V$	47	ns
下降時間	$t_{f}$	$I_{D}=40A$	14	ns
導通開關損耗	$E_{ON}$	$R_{G}=4.5Ω$，感性負載	485	μJ
關斷開關損耗	$E_{OFF}$		220	μJ
總開關損耗	$E_{tot}$		705	μJ

快速的開關速度和較低的開關損耗使得該器件在高頻應用中具有明顯的優勢。不過，在實際應用中，我們還需要考慮開關過程中的電壓和電流尖峰，以及由此產生的電磁干擾（EMI）問題。

源漏二極管特性

參數	符號	測試條件	典型值	單位
連續源漏二極管正向電流	$I_{SD}$	$V{GS}=-3V$，$T{c}=25^{\circ}C$	89	A
脈沖源漏二極管正向電流	$I_{SDM}$		297	A
正向二極管電壓	$V_{SD}$	$V{GS}=-3V$，$I{SD}=40A$，$T_{J}=25^{\circ}C$	4.5	V
反向恢復時間	$t_{RR}$	$V{GS}=-3/18V$，$I{SD}=40A$，$di{SD}/dt = 1000A/μs$，$V{DS}=800V$	23	ns
反向恢復電荷	$Q_{RR}$		146	nC
反向恢復能量	$E_{REC}$		5	μJ
峰值反向恢復電流	$I_{RRM}$		13	A
充電時間	$t_{A}$		13	ns
放電時間	$t_{B}$		10	ns

源漏二極管的特性對于器件在反向導通時的性能至關重要。較短的反向恢復時間和較低的反向恢復電荷可以減少開關損耗和 EMI。

典型應用

該器件的典型應用包括汽車車載充電器和電動汽車/混合動力汽車的 DC/DC 轉換器。在這些應用中，需要器件具有高電壓、大電流處理能力，以及快速的開關速度和低損耗，而 NVBG022N120M3S 正好滿足這些要求。

機械封裝和尺寸

器件采用 D2PAK - 7L（TO - 263 - 7L HV）封裝，其具體尺寸如下：	尺寸	最小值（mm）	標稱值（mm）
A	4.30	4.50	4.70
A1	0.00	0.10	0.20
b2	0.60	0.70	0.80
b	0.51	0.60	0.70
C	0.40	0.50	0.60
c2	1.20	1.30	1.40
D	9.00	9.20	9.40
D1	6.15	6.80	7.15
E	9.70	9.90	10.20
E1	7.15	7.65	8.15
e		1.27
H	15.10	15.40	15.70
L	2.44	2.64	2.84
L1	1.00	1.20	1.40
L3		0.25
aaa	~		0.25

在進行 PCB 設計時，我們需要根據這些尺寸來合理布局器件，確保其散熱和電氣連接的可靠性。

總結

總的來說，onsemi 的 NVBG022N120M3S SiC MOSFET 是一款性能卓越的功率半導體器件，具有高電壓、大電流處理能力，低導通電阻、低柵極電荷和低電容等優點，適合高速開關應用。在汽車等對可靠性要求極高的領域，該器件具有廣闊的應用前景。不過，在實際應用中，我們還需要根據具體的應用需求，合理選擇器件的工作參數，并注意散熱和 EMI 等問題。希望我的分享能夠對大家在電子設計中有所幫助，如果大家在使用過程中有任何問題，歡迎一起交流探討。

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