ST STP9NK80Z, STF9NK80Z User Manual

STF9NK80Z

STP9NK80Z

STF9NK80Z

N-CHANNEL 800V -0.9Ω - 7.5A TO-220/TO-220FP Zener-Protected SuperMESH™MOSFET

Table 1: General Features

Figure 1: Package

TYPE

VDSS

RDS(on)

ID

Pw

STP9NK80Z

800 V

<1.2 Ω

7.5 A

150 W

STF9NK80Z

800 V

<1.2 Ω

7.5 A

35 W

TYPICAL RDS(on) = 0.9Ω

EXTREMELY HIGH dv/dt CAPABILITY

IMPROVED ESD CAPABILITY

100% AVALANCHE RATED

GATE 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 strip-based 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

SMPS

Table 2: Order Codes

3

2

1

TO-220

TO-220FP

Figure 2: Internal Schematic Diagram

SALES TYPE

MARKING

PACKAGE

PACKAGING

 

 

 

 

STP9NK80Z

P9NK80Z

TO-220

TUBE

 

 

 

 

STF9NK80Z

F9NK80Z

TO-220FP

TUBE

 

 

 

 

Rev. 1

May 2005

1/11

STP9NK80Z - STF9NK80Z

Table 3: Absolute Maximum ratings

Symbol

Parameter

 

Value

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

TO-220

 

TO-220FP

 

 

 

 

 

 

 

VDS

Drain-source Voltage (VGS = 0)

 

800

 

V

VDGR

Drain-gate Voltage (RGS = 20 kΩ )

 

800

 

V

VGS

Gatesource Voltage

 

± 30

 

V

ID

Drain Current (continuous) at TC = 25°C

7.5

 

7.5 (*)

A

ID

Drain Current (continuous) at TC = 100°C

4.7

 

4.7 (*)

A

IDM ( )

Drain Current (pulsed)

30

 

30 (*)

A

PTOT

Total Dissipation at TC = 25°C

150

 

35

W

 

Derating Factor

1.20

 

0.28

W/°C

 

 

 

 

 

 

VESD(G-S)

Gate source ESD(HBM-C=100pF, R=1.5KΩ)

 

4000

V

 

 

 

 

 

 

dv/dt (1)

Peak Diode Recovery voltage slope

 

4.5

 

V/ns

 

 

 

 

 

VISO

Insulation Withstand Voltage (DC)

-

 

2500

V

 

 

 

 

 

 

Tj

Operating Junction Temperature

 

-55 to 150

°C

Tstg

Storage Temperature

 

-55 to 150

°C

( ) Pulse width limited by safe operating area

(1) ISD 7.5A, di/dt 200A/µs, VDD = 80% V(BR)DSS

(*) Limited only by maximum temperature allowed

Table 4: Thermal Data

 

 

TO-220

 

TO-220FP

 

 

 

 

 

 

 

Rthj-case

Thermal Resistance Junction-case Max

0.83

 

3.6

°C/W

 

 

 

 

 

 

Rthj-amb

Thermal Resistance Junction-ambient Max

 

62.5

 

°C/W

Tl

Maximum Lead Temperature For Soldering

 

350

 

°C

 

Purpose

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 5: Avalanche Characteristics

Symbol

Parameter

Max Value

Unit

 

 

 

 

IAR

Avalanche Current, Repetitive or Not-Repetitive

7.5

A

 

(pulse width limited by Tj max)

 

 

EAS

Single Pulse Avalanche Energy

350

mJ

 

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

 

 

Table 6: Gate-Source Zener Diode

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

BVGSO

Gate-Source

Igs=± 1mA (Open Drain)

30

 

 

V

 

Breakdown 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.

2/11

STP9NK80Z - STF9NK80Z

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

Table 7: On/Off

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

V(BR)DSS

Drain-source

ID = 1 mA, VGS = 0

800

 

 

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 = ± 20V

 

 

±10

µA

 

Current (VDS = 0)

 

 

 

 

 

VGS(th)

Gate Threshold Voltage

VDS = VGS, ID = 100µA

3

3.75

4.5

V

RDS(on)

Static Drain-source On

VGS = 10V, ID = 3.75 A

 

0.9

1.2

 

Resistance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 8: DYNAMIC

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

gfs (1)

Forward Transconductance

VDS = 15 V, ID = 3.75 A

 

7.5

 

S

Ciss

Input Capacitance

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

 

1900

 

pF

Coss

Output Capacitance

 

 

180

 

pF

Crss

Reverse Transfer

 

 

38

 

pF

 

Capacitance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Coss eq. (3)

Equivalent Output

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

 

75

 

pF

 

Capacitance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

td(on)

Turn-on Delay Time

VDD = 400 V, ID = 3.75 A

 

26

 

ns

Rise Time

RG = 4.7Ω VGS = 10 V

 

19

 

ns

tr

 

 

Turn-off Delay Time

(see Figure 19)

 

58

 

ns

td(off)

 

 

Fall Time

 

 

18

 

ns

tf

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tr(Voff)

Off-voltage Rise Time

VDD = 640 V, ID = 7.5A,

 

12

 

ns

tf

Fall Time

RG = 4.7Ω, VGS = 10V

 

10

 

ns

tc

Cross-over Time

(see Figure 20)

 

24

 

ns

Qg

Total Gate Charge

VDD = 640V, ID = 7.5 A,

 

60

84

nC

Qgs

Gate-Source Charge

VGS = 10V

 

12

 

nC

Qgd

Gate-Drain Charge

(see Figure 22)

 

35

 

nC

 

 

 

 

 

 

 

Table 9: Source Drain Diode

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

ISD

Source-drain Current

 

 

 

 

7.5

A

ISDM (2)

Source-drain Current (pulsed)

 

 

 

 

30

A

VSD (1)

Forward On Voltage

ISD = 7.5

A, VGS = 0

 

 

1.6

V

trr

Reverse Recovery Time

ISD = 7.5

A, di/dt = 100A/µs

 

530

 

ns

Qrr

Reverse Recovery Charge

VDD = 35V, Tj = 25°C

 

4.5

 

µC

IRRM

Reverse Recovery Current

(see Figure 20)

 

17

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

trr

Reverse Recovery Time

ISD = 7.5

A, di/dt = 100A/µs

 

690

 

ns

Qrr

Reverse Recovery Charge

VDD = 35V, Tj = 150°C

 

6.4

 

µC

IRRM

Reverse Recovery Current

(see Figure 20)

 

17

 

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.

3/11

ST STP9NK80Z, STF9NK80Z User Manual

STP9NK80Z - STF9NK80Z

Figure 3: Safe Operating Area for TO-220

Figure 6: Thermal Impedance for TO-220

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 4: Safe Operating Area for TO-220FP

Figure 7: Thermal Impedance for TO-220FP

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5: Output Characteristics

Figure 8: Transfer Characteristics

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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