ST STP21NM50N, STF21NM50N, STW21NM50N, STB21NM50N, STB21NM50N-1 User Manual

STB21NM50N

STP21NM50N-STF21NM50N-STW21NM50N STB21NM50N - STB21NM50N-1

N-CHANNEL 500V - 0.15Ω - 18A TO-220/FP/D2/I2PAK/TO-247 SECOND GENERATION MDmesh™ MOSFET

Table 1: General Features

TYPE

VDSS

RDS(on)

ID

 

(@Tjmax)

 

 

 

 

 

 

STB21NM50N

550 V

< 0.19 Ω

18 A

STB21NM50N-1

550 V

< 0.19 Ω

18 A

STF21NM50N

550 V

< 0.19 Ω

18 A (*)

STP21NM50N

550 V

< 0.19 Ω

18 A

STW21NM50N

550 V

< 0.19 Ω

18 A

 

 

 

 

100% AVALANCHE TESTED

LOW INPUT CAPACITANCE AND GATE CHARGE

LOW GATE INPUT RESISTANCE

DESCRIPTION

The STx21NM50N is realized with the second generation of MDmesh Technology. This revolutionary MOSFET associates a new vertical structure to the Company's strip layout to yield one of the world's lowest on-resistance and gate charge. It is therefore suitable for the most demanding high efficiency converters

APPLICATIONS

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

Table 2: Order Codes

Figure 1: Package

 

 

 

 

3

 

 

 

 

1

 

3

 

 

3

1

2

1

2

D2PAK

TO-220

 

TO-220FP

 

 

 

 

 

 

1

2 3

 

 

 

 

 

 

3

I2PAK

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

1

 

 

 

 

TO-247

Figure 2: Internal Schematic Diagram

 

SALES TYPE

MARKING

PACKAGE

PACKAGING

 

 

 

 

 

 

 

 

STB21NM50N

B21NM50N

D2PAK

TAPE & REEL

 

 

STB21NM50N-1

B21NM50N

I2PAK

TUBE

 

 

STF21NM50N

F21NM50N

TO-220FP

TUBE

 

 

 

 

 

 

 

 

STP21NM50N

P21NM50N

TO-220

TUBE

 

 

 

 

 

 

 

 

STW21NM50N

W21NM50N

TO-247

TUBE

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rev. 3

 

October 2005

 

 

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STP21NM50N - STF21NM50N - STB21NM50N - STB21NM50N-1 - STW21NM50N

Table 3: Absolute Maximum ratings

Symbol

Parameter

Value

 

Unit

 

 

 

 

 

 

 

TO-220 / D2PAK / I2PAK

 

TO-220FP

 

 

 

/ TO-247

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VDS

Drain-source Voltage (VGS = 0)

500

 

 

V

VDGR

Drain-gate Voltage (RGS = 20 kΩ )

500

 

 

V

VGS

Gatesource Voltage

±25

 

 

V

 

 

 

 

 

 

ID

Drain Current (continuous) at TC = 25°C

18

 

18 (*)

A

ID

Drain Current (continuous) at TC = 100°C

11

 

11 (*)

A

IDM ( )

Drain Current (pulsed)

72

 

72 (*)

A

PTOT

Total Dissipation at TC = 25°C

140

 

30

W

 

Derating Factor

1.12

 

0.23

W/°C

 

 

 

 

 

 

dv/dt(1)

Peak Diode Recovery voltage slope

15

 

 

V/ns

 

 

 

 

 

 

Viso

Insulation Winthstand Voltage (DC)

--

 

2500

V

 

 

 

 

 

 

Tstg

Storage Temperature

–55 to 150

 

°C

Tj

Max. Operating Junction Temperature

150

 

 

 

 

 

( ) Pulse width limited by safe operating area

(*) Limited only by maximum temperature allowed

(1) ISD 18 A, di/dt 400 A/µs, VDD =80% V(BR)DSS

Table 4: Thermal Data

 

 

TO-220 / D²PAK / I²PAK

 

TO-220FP

 

 

 

/ TO-247

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rthj-case

Thermal Resistance Junction-case Max

0.89

 

4.21

°C/W

 

 

 

 

 

 

Rthj-amb

Thermal Resistance Junction-ambient Max

62.5

 

°C/W

 

 

 

 

 

 

Tl

Maximum Lead Temperature For Soldering

300

 

°C

 

Purpose

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Table 5: Avalanche Characteristics

Symbol

Parameter

Max Value

Unit

 

 

 

 

IAS

Avalanche Current, Repetitive or Not-Repetitive

9

A

 

(pulse width limited by Tj max)

 

 

EAS

Single Pulse Avalanche Energy

480

mJ

 

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

 

 

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STP21NM50N - STF21NM50N - STB21NM50N - STB21NM50N-1 - STW21NM50N

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

Table 6: On/Off

Symbol

Parameter

Test Conditions

 

Value

 

Unit

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Min.

Typ.

Max.

 

 

 

 

 

 

 

 

V(BR)DSS

Drain-source

ID = 1mA, VGS = 0

500

 

 

V

 

Breakdown Voltage

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dv/dt(2)

Drain Source Voltage

Vdd=400V, Id=25A, Vgs=10V

 

44

 

V/ns

 

Slope

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IDSS

Zero Gate Voltage

VDS = Max Rating

 

 

1

µA

 

Drain Current (VGS = 0)

VDS = Max Rating

 

 

10

µA

 

 

TC = 125 °C

 

 

 

 

IGSS

Gate-body Leakage

VGS = ± 20V

 

 

100

nA

 

Current (VDS = 0)

 

 

 

 

 

VGS(th)

Gate Threshold Voltage

VDS = VGS, ID = 250 µA

2

3

4

V

RDS(on)

Static Drain-source On

VGS = 10V, ID = 9 A

 

0.150

0.190

 

Resistance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2) Characteristic value at turn off on inductive load

Table 7: Dynamic

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

gfs (1)

Forward Transconductance

VDS = 15 V, ID = 9 A

 

12

 

S

Ciss

Input Capacitance

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

 

1950

 

pF

Coss

Output Capacitance

 

 

420

 

pF

Crss

Reverse Transfer

 

 

60

 

pF

 

Capacitance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Coss eq. (*)

Equivalent Output

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

 

270

 

pF

 

Capacitance

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

td(on)

Turn-on Delay Time

VDD =250 V, ID = 9 A

 

22

 

ns

tr

Rise Time

RG = 4.7Ω VGS = 10 V

 

18

 

ns

td(off)

Off-voltageRise Time

(see Figure 18)

 

90

 

ns

tf

Fall Time

 

 

30

 

ns

Qg

Total Gate Charge

VDD = 400V, ID = 18 A,

 

65

 

nC

Qgs

Gate-Source Charge

VGS = 10V,

 

10

 

nC

Qgd

Gate-Drain Charge

(see Figure 21)

 

30

 

nC

Rg

Gate Input Resistance

f=1MHz Gate DC Bias=0

 

1.6

 

 

 

Test Signal Level=20mV

 

 

 

 

 

 

Open Drain

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

Table 8: Source Drain Diode

Symbol

Parameter

Test Conditions

Min.

Typ.

Max.

Unit

 

 

 

 

 

 

 

ISD

Source-drain Current

 

 

 

18

A

ISDM

Source-drain Current (pulsed)

 

 

 

72

A

VSD (1)

Forward On Voltage

ISD = 18 A, VGS = 0

 

 

1.5

V

trr

Reverse Recovery Time

ISD = 18 A, di/dt = 100 A/µs

 

360

 

ns

Qrr

Reverse Recovery Charge

VDD = 100 V, Tj = 25°C

 

5

 

µC

IRRM

Reverse Recovery Current

(see Figure 19)

 

27

 

A

 

 

 

 

 

 

 

trr

Reverse Recovery Time

ISD = 18A, di/dt = 100 A/µs

 

640

 

ns

Qrr

Reverse Recovery Charge

VDD = 100 V, Tj = 150°C

 

6.5

 

µC

IRRM

Reverse Recovery Current

(see Figure 19)

 

27

 

A

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

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STP21NM50N - STF21NM50N - STB21NM50N - STB21NM50N-1 - STW21NM50N

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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ST STP21NM50N, STF21NM50N, STW21NM50N, STB21NM50N, STB21NM50N-1 User Manual

STP21NM50N - STF21NM50N - STB21NM50N - STB21NM50N-1 - STW21NM50N

Figure 9: Transconductance

Figure 10: Gate Charge vs Gate-source Voltage

Figure 11: Normalized Gate Threshold Voltage vs Temperature

Figure 12: Static Drain-source On Resistance

Figure 13: Capacitance Variations

Figure 14: Normalized On Resistance vs Temperature

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