ST STW20NM50 User Manual

STW20NM50

STW20NM50

N-CHANNEL 500V - 0.20Ω - 20A TO-247

MDmesh™Power MOSFET

TYPE

VDSS

RDS(on)

ID

STW20NM50

500V

< 0.25Ω

20 A

nTYPICAL RDS(on) = 0.20Ω

nHIGH dv/dt AND AVALANCHE CAPABILITIES

n100% AVALANCHE TESTED

nLOW INPUT CAPACITANCE AND GATE CHARGE

nLOW GATE INPUT RESISTANCE

nTIGHT PROCESS CONTROL AND HIGH MANUFACTURING YIELDS

DESCRIPTION

The MDmesh™ is a new revolutionary MOSFET technology that associates the Multiple Drain process with the Company’s PowerMESH™ horizontal layout. The resulting product has an outstanding low on-resistance, impressively high dv/dt and excellent avalanche characteristics. The adoption of the Company’s proprietary strip technique yields overall dynamic performance that is significantly better than that of similar competition’s products.

APPLICATIONS

The MDmesh™ family is very suitable for increasing power density of high voltage converters allowing system miniaturization and higher efficiencies.

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

3

2

1

TO-247

INTERNAL SCHEMATIC DIAGRAM

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

20

A

ID

Drain Current (continuous) at TC = 100°C

12.6

A

IDM (l)

Drain Current (pulsed)

80

A

PTOT

Total Dissipation at TC = 25°C

214

W

 

Derating Factor

1.44

W/°C

 

 

 

 

dv/dt (1)

Peak Diode Recovery voltage slope

15

V/ns

 

 

 

 

Tstg

Storage Temperature

–65 to 150

°C

Tj

Max. Operating Junction Temperature

150

°C

(•)Pulse width limited by safe operating area

(1) ISD 20A, di/dt 400A/µs, VDD V(BR)DSS, Tj TJMAX.

 

August 2002

1/8

STW20NM50

THERMAL DATA

Rthj-case

Thermal Resistance Junction-case

Max

0.585

°C/W

 

 

 

 

 

Rthj-amb

Thermal Resistance Junction-ambient

Max

30

°C/W

Tl

Maximum Lead Temperature For Soldering Purpose

300

°C

 

 

 

 

 

AVALANCHE CHARACTERISTICS

Symbol

Parameter

Max Value

Unit

 

 

 

 

IAR

Avalanche Current, Repetitive or Not-Repetitive

10

A

 

(pulse width limited by Tj max)

 

 

EAS

Single Pulse Avalanche Energy

650

mJ

 

(starting Tj = 25 °C, I D = 5 A, VDD = 35 V)

 

 

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

OFF

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

V(BR)DSS

Drain-source

ID = 250 µA, 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

 

 

100

µA

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IGSS

Gate-body Leakage

VGS = ±30V

 

 

±100

nA

 

Current (VDS = 0)

 

 

 

 

 

ON (1)

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

VGS(th)

Gate Threshold Voltage

VDS = VGS, ID = 250µA

3

4

5

V

RDS(on)

Static Drain-source On

VGS = 10V, ID = 10A

 

0.20

0.25

Ω

 

Resistance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

DYNAMIC

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

gfs (1)

Forward Transconductance

VDS > ID(on) x RDS(on)max,

 

10

 

S

 

 

ID = 10A

 

 

 

 

Ciss

Input Capacitance

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

 

1480

 

pF

Coss

Output Capacitance

 

 

285

 

pF

Crss

Reverse Transfer

 

 

34

 

pF

Capacitance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Coss eq. (2)

Equivalent Output

VGS = 0V, VDS = 0V to 400V

 

130

 

pF

 

Capacitance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

RG

Gate Input Resistance

f=1 MHz Gate DC Bias = 0

 

1.6

 

Ω

 

 

Test Signal Level = 20mV

 

 

 

 

 

 

Open Drain

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

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

2/8

ST STW20NM50 User Manual

STW20NM50

ELECTRICAL CHARACTERISTICS (CONTINUED)

SWITCHING ON

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

td(on)

Turn-on Delay Time

VDD = 250V, ID = 10 A

 

24

 

ns

tr

Rise Time

RG = 4.7Ω VGS = 10 V

 

16

 

ns

(see test circuit, Figure 3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Qg

Total Gate Charge

VDD = 400 V, ID = 20 A,

 

40

56

nC

Qgs

Gate-Source Charge

VGS = 10 V

 

13

 

nC

 

 

 

Qgd

Gate-Drain Charge

 

 

19

 

nC

 

 

 

 

 

 

 

SWITCHING OFF

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

tr(Voff)

Off-voltage Rise Time

VDD = 400 V, ID = 20 A,

 

9

 

ns

tf

Fall Time

RG = 4.7Ω, VGS = 10 V

 

8.5

 

ns

(see test circuit, Figure 5)

 

 

tc

Cross-over Time

 

23

 

ns

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SOURCE DRAIN DIODE

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

ISD

Source-drain Current

 

 

 

 

20

A

ISDM (2)

Source-drain Current (pulsed)

 

 

 

 

80

A

 

 

 

 

 

 

 

 

VSD (1)

Forward On Voltage

ISD = 20

A, VGS = 0

 

 

1.5

V

trr

Reverse Recovery Time

ISD = 20

A, di/dt = 100 A/µs,

 

350

 

ns

Qrr

Reverse Recovery Charge

VDD = 100 V, Tj = 25°C

 

4.6

 

µC

Irrm

Reverse Recovery Current

(see test circuit, Figure 5)

 

26

 

A

trr

Reverse Recovery Time

ISD = 20

A, di/dt = 100 A/µs,

 

435

 

ns

Qrr

Reverse Recovery Charge

VDD = 100 V, Tj = 150°C

 

5.9

 

µC

Irrm

Reverse Recovery Current

(see test circuit, Figure 5)

 

27

 

A

 

 

 

 

 

 

 

 

Note: 1.

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Pulse width limited by safe operating area.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Safe Operating Area

Thermal Impedance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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