ST STB12NK80Z, STP12NK80Z, STW12NK80Z User Manual

STB12NK80Z

STB12NK80Z STP12NK80Z - STW12NK80Z

N-CHANNEL 800V - 0.65Ω - 10.5A - TO220-D²PAK-TO247 Zener-Protected SuperMESH™ MOSFET

General features

Type

VDSS

RDS(on)

ID

Pw

STB12NK80Z

800 V

<0.75 Ω

10.5 A

190 W

STP12NK80Z

800 V

<0.75 Ω

10.5 A

190 W

STW12NK80Z

800 V

<0.75 Ω

10.5 A

190 W

 

 

 

 

 

EXTREMELY HIGH dv/dt CAPABILITY

IMPROVED ESD CAPABILITY

100% AVALANCHE TESTED

GATE CHARGE MINIMIZED

VERY LOW INTRINSIC CAPACITANCES

VERY GOOD MANUFACTURING REPEABILITY

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.

Applications

HIGH CURRENT, HIGH SPEED SWITCHING

IDEAL FOR OFF-LINE POWER SUPPLIES, ADAPTOR AND PFC

Order codes

Package

3

3

2

2

1

1

TO-220

TO-247

3

1

 

D²PAK

Internal schematic diagram

Sales Type

Marking

Package

Packaging

 

 

 

 

STB12NK80ZT4

B12NK80Z

D²PAK

TAPE & REEL

 

 

 

 

STP12NK80Z

P12NK80Z

TO-220

TUBE

 

 

 

 

STW12NK80Z

W12NK80Z

TO-247

TUBE

 

 

 

 

 

 

 

Rev 2

September 2005

 

 

1/15

 

 

 

 

www.st.com

1 Electrical ratings

STB12NK80Z - STP12NK80Z - STW12NK80Z

1 Electrical ratings

Table 1.

Absolute maximum ratings

 

 

Symbol

 

Parameter

Value

Unit

 

 

 

 

 

VDS

 

Drain-Source Voltage (VGS = 0)

800

V

VDGR

 

Drain-gate Voltage (RGS = 20kΩ )

800

V

VGS

 

Gate-Source Voltage

± 30

V

ID

 

Drain Current (continuous) at TC = 25°C

10.5

A

 

 

 

 

 

ID

 

Drain Current (continuous) at TC = 100°C

6.6

A

IDM Note 2

 

Drain Current (pulsed)

42

A

 

 

 

 

 

PTOT

 

Total Dissipation at TC = 25°C

190

W

 

 

Derating Factor

1.51

W/°C

 

 

 

 

 

Vesd(G-S)

 

G-S ESD (HBM C=100pF, R=1.5kΩ)

6000

V

 

 

 

 

 

dv/dt

 

Peak Diode Recovery voltage slope

4.5

V/ns

Note 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tj

 

Operating Junction Temperature

-55 to 150

°C

Tstg

 

Storage Temperature

 

 

 

Table 2.

Thermal data

 

 

 

 

 

 

 

TO-220/D²PAK

 

TO-247

Unit

 

 

 

 

 

 

 

Rthj-case

 

Thermal Resistance Junction-case Max

 

0.66

°C/W

 

 

 

 

 

 

Rthj-amb

 

Thermal Resistance Junction-amb Max

62.5

 

50

°C/W

 

 

 

 

 

 

 

Tl

 

Maximum Lead Temperature For Soldering

 

300

°C

 

Purpose

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 3.

Avalanche characteristics

 

 

Symbol

 

Parameter

Max Value

Unit

 

 

 

 

 

IAR

 

Avalanche Current, repetitive or

10.5

A

 

Not-Repetitive (pulse width limited by Tj max)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

EAS

 

Single Pulse Avalanche Energy

400

mJ

 

(starting Tj=25°C, ID=IAR, VDD= 50V)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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STB12NK80Z - STP12NK80Z - STW12NK80Z

2 Electrical characteristics

2 Electrical characteristics

(TCASE = 25 °C unless otherwise specified)

 

 

 

 

Table 4.

On/off states

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Symbol

 

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

V(BR)DSS

 

Drain-Source Breakdown

ID = 1mA, VGS= 0

800

 

 

V

 

Voltage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IDSS

 

Zero Gate Voltage Drain

VDS = Max Rating,

 

 

1

µA

 

Current (VGS = 0)

VDS = Max Rating,Tc = 125°C

 

 

50

µA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IGSS

 

Gate Body Leakage Current

VGS = ±20V

 

 

±10

µA

 

(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= 10 V, ID= 4.5 A

 

0.65

0.75

 

Resistance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 5.

Dynamic

 

 

 

 

 

Symbol

 

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

gfs Note 4

 

Forward Transconductance

VDS =15V, ID = 5.25A

 

12

 

S

 

 

 

 

 

 

 

 

Ciss

 

Input Capacitance

 

 

2620

 

pF

Coss

 

Output Capacitance

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

 

250

 

pF

Crss

 

Reverse Transfer Capacitance

 

 

53

 

pF

Coss eq.

 

Equivalent Ouput Capacitance

VGS=0, VDS =0V to 640V

 

100

 

pF

Note 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qg

 

Total Gate Charge

VDD=640V, ID = 10.5 A

 

87

 

nC

Qgs

 

Gate-Source Charge

VGS =10V

 

14

 

nC

Qgd

 

Gate-Drain Charge

(see Figure 17)

 

44

 

nC

Table 6.

Switching times

 

 

 

 

 

Symbol

 

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

td(on)

 

Turn-on Delay Time

VDD=400 V, ID=5.25 A,

 

30

 

ns

 

RG=4.7Ω, VGS=10V

 

 

tr

 

Rise Time

 

18

 

ns

 

(see Figure 18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

td(off)

 

Turn-off Delay Time

VDD=400 V, ID=5.25A,

 

70

 

ns

 

RG=4.7Ω, VGS=10V

 

 

tf

 

Fall Time

 

20

 

ns

 

(see Figure 18)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tr(Voff)

 

Off-voltage Rise Time

VDD=640 V, ID=10.5A,

 

16

 

ns

tf

 

Fall Time

RG=4.7Ω, VGS=10V

 

15

 

ns

tc

 

Cross-over Time

(see Figure 18)

 

28

 

ns

 

 

 

 

 

 

 

 

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2 Electrical characteristics

 

 

STB12NK80Z - STP12NK80Z - STW12NK80Z

Table 7.

Source drain diode

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Symbol

 

Parameter

 

Test Conditions

 

Min.

Typ.

 

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ISD

 

Source-drain Current

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.5

 

A

ISDMNote 2

 

Source-drain Current (pulsed)

 

 

 

 

 

 

 

 

42

 

A

VSDNote 4

 

Forward on Voltage

 

ISD=10.5 A, VGS=0

 

 

 

 

 

1.6

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

trr

 

Reverse Recovery Time

ISD=10.5A, di/dt = 100A/µs,

 

 

635

 

 

 

ns

Qrr

 

Reverse Recovery Charge

 

 

5.9

 

 

 

µC

 

VDD=100 V, Tj=150°C

 

 

 

 

 

IRRM

 

Reverse Recovery Current

 

 

18.5

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 8.

Gate-source zener diode

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Symbol

 

Parameter

Test Conditions

 

Min.

 

Typ.

 

 

Max.

 

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

BVGSO

 

Gate-Source

Igs=±1mA

 

30

 

 

 

 

 

 

 

V

Note 6

 

Breakdown Voltage

(Open Drain)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(1)ISD 10.5 A, di/dt 200A/µs, VDD V(BR)DSS, Tj TJMAX

(2)Pulse width limited by safe operating area

(3)Limited only by maximum temperature allowed

(4)Pulsed: pulse duration = 300µs, duty cycle 1.5%

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

(6)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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STB12NK80Z - STP12NK80Z - STW12NK80Z

2 Electrical characteristics

2.1Electrical Characteristics (curves)

Figure 1. Safe Operating Area for

Figure 2. Thermal Impedance for

 

 

TO-220/D²PAK

 

TO-220/D²PAK

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 3. Safe Operating Area for TO-247

Figure 4. Thermal Impedance for TO-247

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 5. Output Characteristics

Figure 6. Transfer Characteristics

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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