onsemi UJ4SC075010L8S碳化硅場效應管：高性能與可靠性的完美結合

在電子工程領域，功率器件的性能直接影響著整個系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。今天，我們來深入了解一下 onsemi 的 UJ4SC075010L8S 碳化硅（SiC）場效應管，看看它有哪些獨特的特性和應用優(yōu)勢。

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產(chǎn)品概述

UJ4SC075010L8S 是一款 750V、10.7mΩ 的 G4 SiC FET。它采用了獨特的“共源共柵”電路結構，將常開型 SiC JFET 與 Si MOSFET 封裝在一起，形成了常閉型 SiC FET 器件。這種設計使得該器件具有標準的柵極驅(qū)動特性，能夠使用現(xiàn)成的柵極驅(qū)動器，在替換 Si IGBT、Si 超結器件或 SiC MOSFET 時，只需進行最小限度的重新設計。

該器件采用了節(jié)省空間的 H - PDSO - F8 封裝，支持自動化組裝，具有超低的柵極電荷和出色的反向恢復特性，非常適合用于開關感性負載以及任何需要標準柵極驅(qū)動的應用。

關鍵特性

低導通電阻

導通電阻 (R_{DS(on)}) 典型值為 10.7mΩ，低導通電阻意味著在導通狀態(tài)下，器件的功率損耗更小，能夠提高系統(tǒng)的效率。在實際應用中，低導通電阻可以減少發(fā)熱，延長器件的使用壽命。

寬工作溫度范圍

該器件的最大工作溫度可達 175°C，這使得它能夠在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作。對于一些對溫度要求較高的應用，如電動汽車充電、光伏逆變器等，這種寬溫度范圍的特性非常重要。

出色的反向恢復特性

反向恢復電荷 (Q_{rr}=274nC)，低的反向恢復電荷可以減少開關損耗，提高開關速度。在高頻開關應用中，這一特性能夠顯著提高系統(tǒng)的效率。

低體二極管壓降

體二極管壓降 (V_{FSD}) 為 1.1V，低的體二極管壓降可以降低二極管導通時的功率損耗，進一步提高系統(tǒng)的效率。

低柵極電荷

柵極電荷 (Q_{G}=75nC)，低柵極電荷意味著驅(qū)動該器件所需的能量更少，能夠降低驅(qū)動電路的功耗。

閾值電壓與驅(qū)動范圍

閾值電壓 (V_{G(th)}) 典型值為 4.5V，允許 0 至 15V 的驅(qū)動電壓。這種設計使得該器件在不同的驅(qū)動電壓下都能穩(wěn)定工作，提高了系統(tǒng)的靈活性。

低固有電容與 ESD 保護

具有低固有電容，能夠減少開關過程中的充放電時間，提高開關速度。同時，該器件具有 HBM 2 級 ESD 保護，增強了器件的可靠性。

環(huán)保特性

該器件無鉛、無鹵素，符合 RoHS 標準，滿足環(huán)保要求。

典型應用

固態(tài)繼電器和斷路器

固態(tài)繼電器和斷路器需要快速、可靠的開關性能，UJ4SC075010L8S 的低導通電阻、出色的反向恢復特性和寬溫度范圍使其非常適合這些應用。

交直流前端的線路整流和有源橋整流電路

在交直流前端的整流電路中，該器件的低損耗和高開關速度能夠提高整流效率，減少能量損耗。

電動汽車充電

電動汽車充電系統(tǒng)對功率器件的性能要求很高，UJ4SC075010L8S 的高耐壓、低損耗和寬溫度范圍能夠滿足電動汽車充電的需求。

光伏逆變器

光伏逆變器需要高效的功率轉換，該器件的低導通電阻和出色的反向恢復特性能夠提高光伏逆變器的效率，降低成本。

開關模式電源

開關模式電源需要快速的開關速度和低損耗，UJ4SC075010L8S 能夠滿足這些要求，提高電源的效率和穩(wěn)定性。

功率因數(shù)校正模塊

功率因數(shù)校正模塊需要精確的控制和高效的功率轉換，該器件的高性能能夠滿足功率因數(shù)校正的需求。

電機驅(qū)動

電機驅(qū)動需要快速的開關速度和高可靠性，UJ4SC075010L8S 能夠提供穩(wěn)定的驅(qū)動性能，提高電機的效率。

感應加熱

感應加熱需要高頻的開關操作，該器件的高開關速度和低損耗能夠滿足感應加熱的需求。

電氣特性

最大額定值

• 漏源電壓 (V_{DS}) 為 750V，能夠承受較高的電壓。
• 柵源電壓 (V_{GS}) 在直流情況下為 - 20 至 + 20V，交流情況下（f > 1Hz）為 - 25 至 + 25V。
• 連續(xù)漏極電流 (I{D}) 在 (T{C}<75°C) 時為 106A，在 (T_{C}=100°C) 時為 92A。
• 脈沖漏極電流 (I{DM}) 在 (T{C}=25°C) 時為 300A。
• 單脈沖雪崩能量 (E{AS}) 在 (L = 15mH)，(I{AS}=4.5A) 時為 151mJ。
• SiC FET 的 (dv/dt) 魯棒性為 100V/ns。
• 功率耗散 (P{tot}) 在 (T{C}=25°C) 時為 556W。
• 最大結溫 (T_{J,max}) 為 175°C。
• 工作和存儲溫度范圍為 - 55 至 175°C。
• 回流焊接溫度 (T_{solder}) 在回流 MSL 1 時為 260°C。

靜態(tài)特性

• 漏源擊穿電壓 (BV{DS}) 在 (V{GS}=0V)，(I_{D}=1mA) 時為 750V。
• 總漏極泄漏電流 (I{DSS}) 在不同溫度下有不同的值，在 (V{DS}=750V)，(V{GS}=0V)，(T{J}=25°C) 時典型值為 3.5μA，在 (T_{J}=175°C) 時典型值為 45μA。
• 總柵極泄漏電流 (I{GSS}) 在 (V{GS}=-20V/+20V) 時典型值為 2μA。
• 漏源導通電阻 (R{DS(on)}) 在不同溫度下有不同的值，在 (V{GS}=12V)，(I{D}=60A)，(T{J}=25°C) 時典型值為 10.7mΩ，在 (T{J}=125°C) 時典型值為 18.1mΩ，在 (T{J}=175°C) 時典型值為 24mΩ。
• 柵極閾值電壓 (V{G(th)}) 在 (V{DS}=5V)，(I_{D}=10mA) 時典型值為 4.5V。

反向二極管特性

反向恢復電荷 (Q{rr}) 在不同條件下有不同的值，例如在 (R{G}=30Ω)，(di/dt = 2500A/μs)，(T{J}=25°C) 時為 274nC。反向恢復時間 (t{r}) 也有相應的值。

動態(tài)特性

• 輸入電容 (C{iss}) 在 (V{DS}=400V)，(V_{GS}=0V) 時典型值為 3245pF。
• 輸出電容 (C_{oss}) 在 (f = 100kHz) 時典型值為 178pF。
• 有效輸出電容 (C{oss(er)}) 典型值為 225pF，(C{oss(tr)}) 在 (V{DS}=0V) 到 (400V)，(V{GS}=0V) 時典型值為 470pF。
• 總柵極電荷 (Q{G}) 在 (V{DS}=400V)，(I{D}=60A)，(V{GS}=0V) 到 15V 時典型值為 75nC。
• 開關時間和能量損耗也有相應的參數(shù)，如導通延遲時間 (t{d(on)})、上升時間 (t{r})、關斷延遲時間 (t{d(off)})、下降時間 (t{f}) 以及導通能量 (E{ON})、關斷能量 (E{OFF}) 和總開關能量 (E_{TOTAL}) 等。

應用注意事項

PCB 布局設計

由于該器件具有較高的 (dv/dt) 和 (di/dt) 速率，為了減少電路寄生參數(shù)的影響，強烈建議進行合理的 PCB 布局設計。在設計 PCB 時，應盡量縮短線路長度，減少寄生電感和電容，以提高系統(tǒng)的性能。

外部柵極電阻

當 FET 在二極管模式下工作時，建議使用外部柵極電阻，以實現(xiàn)最佳的反向恢復性能。外部柵極電阻的選擇應根據(jù)具體的應用需求進行調(diào)整。

緩沖電路

使用具有小 (R{(G)}) 的緩沖電路可以提供更好的 EMI 抑制效果，并且具有更高的效率。與使用高 (R{(G)}) 值相比，小 (R{(G)}) 能夠更好地控制關斷時的 (V{(DS)}) 峰值尖峰和振鈴持續(xù)時間，同時總開關損耗更小。

總結

onsemi 的 UJ4SC075010L8S 碳化硅場效應管具有低導通電阻、寬工作溫度范圍、出色的反向恢復特性等諸多優(yōu)點，適用于多種應用場景。在實際設計中，工程師們需要根據(jù)具體的應用需求，合理選擇器件，并注意 PCB 布局、外部柵極電阻和緩沖電路的設計，以充分發(fā)揮該器件的性能優(yōu)勢。你在使用類似的碳化硅場效應管時，遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。