onsemi NVTFS4C10N 功率MOSFET的特性與應用解析

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，功率MOSFET是經(jīng)常會用到的重要元件。今天我們就來深入探討一下 onsemi 推出的NVTFS4C10N這款N溝道單通道功率MOSFET，剖析它的各項特性、參數(shù)以及適用場景。

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一、產(chǎn)品概述

NVTFS4C10N是一款耐壓30V，導通電阻極低且載流能力達47A的N溝道MOSFET。它具有低導通電阻、低電容以及優(yōu)化的柵極電荷等特性，能有效降低導通損耗、驅(qū)動損耗和開關(guān)損耗。其型號帶有NVT前綴，適用于汽車及其他有獨特產(chǎn)地和控制變更要求的應用領(lǐng)域，并且通過了AEC - Q101認證，具備PPAP生產(chǎn)件批準程序能力。同時，該器件無鉛、無鹵素/無溴化阻燃劑，符合RoHS標準。

二、關(guān)鍵參數(shù)

（一）最大額定值

在 $T_{J}=25^{circ}C$ 的條件下，該MOSFET的各項最大額定值如下：

• 電壓方面：漏源電壓 $V{DSS}$ 為30V，柵源電壓 $V{GS}$ 最大為 +20V。
• 電流方面：連續(xù)漏極電流 $I{D}$ 在不同條件下有不同值，例如在特定條件下為15.3A；源極電流（體二極管）$I{S}$ 為53A。
• 功率方面：功率耗散在不同溫度下有所不同，$T{C}=25^{circ}C$ 時為3.0W，$T{C}=100^{circ}C$ 時為28W。
• 溫度范圍：工作結(jié)溫和存儲溫度范圍為 -55°C 到 +175°C。

（二）電氣特性

1. 關(guān)斷特性
   • 漏源擊穿電壓 $V{(BR)DSS}$ 在 $V{GS}=0V$，$I_{D}=250mu A$ 時為30V，其溫度系數(shù)為14.5mV/°C。
   • 零柵壓漏極電流 $I{DSS}$ 在 $V{GS}=0V$，$V{DS}=24V$，$T{J}=25^{circ}C$ 時為1.0μA，$T_{J}=125^{circ}C$ 時為10μA。
   • 柵源泄漏電流 $I{GSS}$ 在 $V{DS}=0V$，$V_{GS}=pm20V$ 時為 $pm100nA$。
2. 導通特性
   • 柵極閾值電壓 $V{GS(TH)}$ 在 $V{GS}=V{DS}$，$I{D}=250mu A$ 時，典型值為1.3V，最大值為2.2V，其閾值溫度系數(shù)為 -4.5mV/°C。
   • 漏源導通電阻 $R{DS(on)}$ 在 $V{GS}=10V$，$I{D}=30A$ 時，典型值為5.9mΩ，最大值為7.4mΩ；在 $V{GS}=4.5V$，$I_{D}=15A$ 時，典型值為8.8mΩ，最大值為11mΩ。
   • 正向跨導 $g{FS}$ 在 $V{DS}=1.5V$，$I_{D}=15A$ 時，典型值為43S。
   • 柵極電阻 $R{G}$ 在 $T{A}=25^{circ}C$ 時為1.0Ω。
3. 電荷與電容特性
   • 輸入電容 $C{iss}$ 在 $V{GS}=0V$，$f = 1MHz$，$V_{DS}=15V$ 時為993pF。
   • 輸出電容 $C{oss}$ 為574pF，反向傳輸電容 $C{RSS}$ 為163pF，電容比 $C{RSS}/C{iss}$ 為0.164。
   • 總柵極電荷 $Q{G(TOT)}$ 在 $V{GS}=4.5V$，$V{DS}=15V$，$I{D}=30A$ 時為10.1nC；在 $V{GS}=10V$，$V{DS}=15V$，$I_{D}=30A$ 時為19.3nC。
4. 開關(guān)特性 在不同的柵源電壓條件下，開關(guān)特性有所不同。例如在 $V{GS}=4.5V$，$V{DS}=15V$，$I{D}=15A$，$R{G}=3.0Ω$ 時，開通延遲時間 $t{d(ON)}$ 為9.0ns，上升時間 $t{r}$ 為30ns，關(guān)斷延遲時間 $t{d(OFF)}$ 為14ns，下降時間 $t{f}$ 為7.0ns；在 $V{GS}=10V$ 時，開通延遲時間 $t{d(ON)}$ 為6.0ns，上升時間 $t{r}$ 為25ns，關(guān)斷延遲時間 $t{d(OFF)}$ 為18ns，下降時間 $t_{f}$ 為4.0ns。
5. 漏源二極管特性
   • 正向二極管電壓 $V{SD}$ 在 $V{GS}=0V$，$I{S}=10A$，$T{J}=25^{circ}C$ 時為0.80 - 1.1V，$T_{J}=125^{circ}C$ 時為0.67V。
   • 反向恢復時間 $t{RR}$ 為23.3ns，反向恢復電荷 $Q{RR}$ 為8.3nC。

三、典型特性

文檔中給出了多個典型特性圖，包括導通區(qū)域特性、傳輸特性、導通電阻與柵源電壓關(guān)系、導通電阻與漏極電流和柵極電壓關(guān)系、導通電阻隨溫度變化、漏源泄漏電流與電壓關(guān)系、電容變化、柵源和漏源電壓與總電荷關(guān)系、電阻性開關(guān)時間隨柵極電阻變化、二極管正向電壓與電流關(guān)系、最大額定正向偏置安全工作區(qū)、熱響應、$g{FS}$ 與 $I{D}$ 關(guān)系以及雪崩特性等。這些特性圖能幫助工程師更直觀地了解該MOSFET在不同工作條件下的性能表現(xiàn)。

四、封裝與訂購信息

（一）封裝

NVTFS4C10N有兩種封裝形式：WDFN8（8FL）CASE 511AB和WDFNW8（8FL WF）CASE 515AN，均為3.3x3.3，0.65P的尺寸規(guī)格。文檔詳細給出了這兩種封裝的機械尺寸，包括各部分的最小、標稱和最大尺寸，單位有毫米和英寸兩種表示。

（二）訂購信息

提供了兩種具體型號的訂購信息：NVTFS4C10NTAG采用WDFN8（無鉛）封裝，NVTFS4C10NWFTAG采用WDFNW8（無鉛，可焊側(cè)翼）封裝，均以1500個/卷帶盤的形式發(fā)貨。

五、總結(jié)與思考

NVTFS4C10N功率MOSFET憑借其低導通電阻、低電容和優(yōu)化的柵極電荷等特性，在汽車及其他對性能和可靠性要求較高的應用領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢。工程師在設(shè)計電路時，需要根據(jù)具體的應用場景，仔細考慮其各項參數(shù)，如導通電阻、開關(guān)特性等對電路性能的影響。同時，封裝形式的選擇也需要結(jié)合實際的電路板布局和散熱要求等因素。大家在實際應用中是否遇到過類似MOSFET參數(shù)與實際需求不匹配的情況呢？又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。