ST STB20NK50Z, STB20NK50Z-S, STP20NK50Z, STW20NK50Z User Manual

STB20NK50Z

STP20NK50Z - STW20NK50Z STB20NK50Z - STB20NK50Z-S

N-CHANNEL 500V -0.23Ω - 17A TO-220/D2PAK/I2SPAK/TO-247 Zener-Protected SuperMESH™ MOSFET

TYPE

VDSS

RDS(on)

ID

Pw

STB20NK50Z

500 V

< 0.27 Ω

17 A

190 W

STB20NK50Z-S

500 V

< 0.27 Ω

17 A

190 W

STP20NK50Z

500 V

< 0.27 Ω

17 A

190 W

STW20NK50Z

500 V

< 0.27 Ω

17 A

190 W

 

 

 

 

 

TYPICAL RDS(on) = 0.23 Ω

EXTREMELY HIGH dv/dt CAPABILITY

100% AVALANCHE TESTEDGATE CHARGE MINIMIZED

VERY LOW INTRINSIC CAPACITANCES

VERY GOOD MANUFACTURING REPEATIBILITY

DESCRIPTION

The SuperMESH™ series is obtained through an extreme optimization of ST’s well established stripbased PowerMESH™ layout. In addition to pushing on-resistance significantly down, special care is taken to ensure a very good dv/dt capability for the most demanding applications. Such series complements ST full range of high voltage MOSFETs including revolutionary MDmesh™ products.

APPLICATIONS

HIGH CURRENT, HIGH SPEED SWITCHING

IDEAL FOR OFF-LINE POWER SUPPLIES, ADAPTORS AND PFC

 

2

3

3

1

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

TO-220

TO-247

 

1 2 3

3

1

I2SPAK D2PAK

INTERNAL SCHEMATIC DIAGRAM

ORDERING INFORMATION

SALES TYPE

MARKING

PACKAGE

PACKAGING

 

 

 

 

STB20NK50ZT4

B20NK50Z

D2PAK

TAPE & REEL

STB20NK50Z-S

B20NK50Z

I2SPAK

TUBE

STP20NK50Z

P20NK50Z

TO-220

TUBE

 

 

 

 

STW20NK50Z

W20NK50Z

TO-247

TUBE

 

 

 

 

May 2004

1/13

STP20NK50Z - STB20NK50Z - STW20NK50Z - STB20NK50Z-S

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

Symbol

Parameter

Value

Unit

 

 

 

 

VDS

Drain-source Voltage (VGS = 0)

500

V

VDGR

Drain-gate Voltage (RGS = 20 kΩ )

500

V

VGS

Gatesource Voltage

± 30

V

 

 

 

 

ID

Drain Current (continuous) at TC = 25°C

17

A

ID

Drain Current (continuous) at TC = 100°C

10.71

A

IDM ( )

Drain Current (pulsed)

68

A

PTOT

Total Dissipation at TC = 25°C

190

W

 

Derating Factor

1.51

W/°C

 

 

 

 

VESD(G-S)

Gate source ESD(HBM-C=100 pF, R=1.5 KΩ)

6000

V

 

 

 

 

dv/dt (1)

Peak Diode Recovery voltage slope

4.5

V/ns

 

 

 

 

Tj

Operating Junction Temperature

-55 to 150

°C

Tstg

Storage Temperature

 

 

( ) Pulse width limited by safe operating area

(1) ISD 17A, di/dt 200A/µs, VDD V(BR)DSS, Tj TJMAX.

(*) Limited only by maximum temperature allowed

THERMAL DATA

 

 

TO-220/D2PAK

 

TO-247

 

 

 

 

 

 

 

Rthj-case

Thermal Resistance Junction-case Max

0.66

 

°C/W

 

 

 

 

 

 

Rthj-amb

Thermal Resistance Junction-ambient Max

62.5

 

50

°C/W

Tl

 

 

 

 

°C

Maximum Lead Temperature For Soldering Purpose

300

 

 

 

 

 

 

 

AVALANCHE CHARACTERISTICS

Symbol

Parameter

Max Value

Unit

 

 

 

 

IAR

Avalanche Current, Repetitive or Not-Repetitive

17

A

 

(pulse width limited by Tj max)

 

 

EAS

Single Pulse Avalanche Energy

850

mJ

 

(starting Tj = 25 °C, ID = IAR, VDD = 50 V)

 

 

GATE-SOURCE ZENER DIODE

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

BVGSO

Gate-Source Breakdown

Igs=± 1mA (Open Drain)

30

 

 

V

 

Voltage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

PROTECTION FEATURES OF GATE-TO-SOURCE ZENER DIODES

The built-in back-to-back Zener diodes have specifically been designed to enhance not only the device’s ESD capability, but also to make them safely absorb possible voltage transients that may occasionally be applied from gate to source. In this respect the Zener voltage is appropriate to achieve an efficient and cost-effective intervention to protect the device’s integrity. These integrated Zener diodes thus avoid the usage of external components.

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STP20NK50Z - STB20NK50Z - STW20NK50Z - STB20NK50Z-S

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (TCASE =25°C UNLESS OTHERWISE SPECIFIED) ON/OFF

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

V(BR)DSS

Drain-source

ID = 1 mA, VGS = 0

500

 

 

V

 

Breakdown Voltage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IDSS

Zero Gate Voltage

VDS = Max Rating

 

 

1

µA

 

Drain Current (VGS = 0)

VDS = Max Rating, TC = 125 °C

 

 

50

µA

IGSS

Gate-body Leakage

VGS = ± 20 V

 

 

±10

µA

 

Current (VDS = 0)

 

 

 

 

 

VGS(th)

Gate Threshold Voltage

VDS = VGS, ID = 100 µA

3

3.75

4.5

V

RDS(on)

Static Drain-source On

VGS = 10V, ID = 8.5 A

 

0.23

0.27

 

Resistance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DYNAMIC

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

gfs (1)

Forward Transconductance

VDS = 15 V, ID = 8.5 A

 

13

 

S

Ciss

Input Capacitance

VDS = 25V, f = 1 MHz, VGS = 0

 

2600

 

pF

Coss

Output Capacitance

 

 

328

 

pF

Crss

Reverse Transfer

 

 

72

 

pF

 

Capacitance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Coss eq. (3)

Equivalent Output

VGS = 0V, VDS = 0V to 640V

 

187

 

pF

 

Capacitance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SWITCHING ON/OFF

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

td(on)

Turn-on Delay Time

VDD = 250 V, ID = 8.5 A

 

28

 

ns

tr

Rise Time

RG = 4.7Ω , VGS = 10 V

 

20

 

ns

td(off)

Turn-off Delay Time

(Resistive Load see, Figure 3)

 

70

 

ns

tf

Fall Time

 

 

15

 

ns

 

 

 

 

 

 

 

Qg

Total Gate Charge

VDD = 400 V, ID = 17 A,

 

85

119

nC

Qgs

Gate-Source Charge

VGS = 10 V

 

15.5

 

nC

Qgd

Gate-Drain Charge

 

 

42

 

nC

 

 

 

 

 

 

 

SOURCE DRAIN DIODE

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

ISD

Source-drain Current

 

 

 

 

17

A

ISDM (2)

Source-drain Current (pulsed)

 

 

 

 

68

A

VSD (1)

Forward On Voltage

ISD = 17

A, VGS = 0

 

 

1.6

V

trr

Reverse Recovery Time

ISD = 17

A, di/dt = 100 A/µs

 

355

 

ns

Qrr

Reverse Recovery Charge

VR = 100 V, Tj = 25°C

 

3.90

 

µC

IRRM

Reverse Recovery Current

(see test circuit, Figure 5)

 

22

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

trr

Reverse Recovery Time

ISD = 17

A, di/dt = 100 A/µs

 

440

 

ns

Qrr

Reverse Recovery Charge

VR = 100 V, Tj = 150°C

 

5.72

 

µC

IRRM

Reverse Recovery Current

(see test circuit, Figure 5)

 

26

 

A

Note: 1. Pulsed: Pulse duration = 300 µs, duty cycle 1.5 %.

2.Pulse width limited by safe operating area.

3.Coss eq. is defined as a constant equivalent capacitance giving the same charging time as Coss when VDS increases from 0 to 80% VDSS.

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ST STB20NK50Z, STB20NK50Z-S, STP20NK50Z, STW20NK50Z User Manual

STP20NK50Z - STB20NK50Z - STW20NK50Z - STB20NK50Z-S

Safe Operating Area for TO-220 / D2PAK/ I2SPAK Thermal Impedance for TO-220 / D2PAK/I2SPAK

Safe Operating Area for TO-247

Thermal Impedance for TO-247

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Output Characteristics

Transfer Characteristics

 

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