解析 onsemi UJ4C075060K4S：碳化硅場效應(yīng)管的卓越性能與應(yīng)用潛力

在電力電子領(lǐng)域，碳化硅（SiC）器件憑借其出色的性能，正逐漸成為眾多應(yīng)用的首選。今天，我們要詳細解析 onsemi 的 UJ4C075060K4S 碳化硅場效應(yīng)管（SiC FET），探討它的特性、性能以及應(yīng)用場景。

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一、產(chǎn)品概述

UJ4C075060K4S 是一款 750V、58mΩ 的 G4 SiC FET，采用獨特的“共源共柵”（cascode）電路配置。這種配置將常開型 SiC JFET 與 Si MOSFET 封裝在一起，形成常閉型 SiC FET 器件。其標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動特性使其能夠真正“無縫替換”硅 IGBT、硅 FET、碳化硅 MOSFET 或硅超結(jié)器件。該器件采用 TO247 - 4 封裝，具有超低的柵極電荷和出色的反向恢復(fù)特性，非常適合用于開關(guān)電感負載以及任何需要標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動的應(yīng)用。

二、關(guān)鍵特性

2.1 低導(dǎo)通電阻

其導(dǎo)通電阻 (R_{DS(on)}) 典型值為 58mΩ，這意味著在導(dǎo)通狀態(tài)下，器件的功率損耗較低，能夠有效提高系統(tǒng)效率。而且，隨著溫度的升高，導(dǎo)通電阻的變化相對較小，保證了在不同工作溫度下的穩(wěn)定性能。

2.2 寬工作溫度范圍

該器件的最大工作溫度可達 175°C，最低可在 - 55°C 環(huán)境下工作，這使得它能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境，擴大了其應(yīng)用范圍。

2.3 出色的反向恢復(fù)特性

反向恢復(fù)電荷 (Q{rr}) 為 52nC，反向恢復(fù)時間短，能夠減少開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)的開關(guān)頻率和效率。同時，低體二極管正向電壓 (V{FSD}) 為 1.31V，進一步降低了導(dǎo)通損耗。

2.4 低柵極電荷

柵極電荷 (Q_{G}) 僅為 37.8nC，這使得器件的驅(qū)動功率較小，能夠降低驅(qū)動電路的成本和功耗。

2.5 靜電放電（ESD）保護

具備 HBM Class 2 的 ESD 保護能力，增強了器件的可靠性和抗干擾能力。

三、電氣性能

3.1 最大額定值

• 漏源電壓 (V_{DS})： 最大值為 750V，能夠承受較高的電壓應(yīng)力。
• 柵源電壓 (V_{GS})： 直流情況下為 - 20V 至 + 20V，交流（f > 1Hz）情況下為 - 25V 至 + 25V。
• 連續(xù)漏極電流 (I_{D})： 在 (T{C}=25^{circ}C) 時為 28A，在 (T{C}=100^{circ}C) 時為 20.6A。
• 脈沖漏極電流 (I_{DM})： 在 (T_{C}=25^{circ}C) 時可達 62A。
• 單脈沖雪崩能量 (E_{AS})： 在 (L = 15mH)，(I_{AS}=1.8A) 時為 24.3mJ。
• 總功率耗散 (P_{tot})： 在 (T_{C}=25^{circ}C) 時為 155W。
• 最大結(jié)溫 (T_{J,max})： 為 175°C。

3.2 靜態(tài)特性

• 漏源擊穿電壓 (BV_{DS})： 典型值為 750V。
• 總漏極泄漏電流 (I_{loss})： 在 (V{DS}=750V)，(V{GS}=0V)，(T{J}=25^{circ}C) 時，最大值為 40μA；在 (T{J}=175^{circ}C) 時，最大值為 15μA。
• 總柵極泄漏電流 (I_{GS})： 在 (V{DS}=0V)，(T{J}=25^{circ}C)，(V_{GS}=-20V/+20V) 時，最大值為 ±20μA。
• 漏源導(dǎo)通電阻 (R_{DS(on)})： 在 (V{GS}=12V)，(I{D}=20A)，(T_{J}=25^{circ}C) 時，典型值為 58mΩ，隨著溫度升高，導(dǎo)通電阻會有所增加。
• 柵極閾值電壓 (V_{G(th)})： 典型值為 4.8V，允許 0 至 15V 的驅(qū)動電壓。

3.3 反向二極管特性

• 二極管連續(xù)正向電流 (I_{S})： 最大值為 28A。
• 二極管脈沖電流 (I_{S.pulse})： 在 (T_{C}=25^{circ}C) 時為 62A。
• 正向電壓 (V_{FSD})： 在 (V{GS}=0V)，(I{S}=10A)，(T{J}=25^{circ}C) 時，典型值為 1.31V；在 (T{J}=175^{circ}C) 時，典型值為 1.8V。
• 反向恢復(fù)電荷 (Q_{rr})： 在 (V{DS}=400V)，(I{S}=20A)，(V{GS}=0V)，(R{G_EXT}=20Omega)，(di/dt = 1060A/μs)，(T_{J}=25^{circ}C) 時，典型值為 52nC。
• 反向恢復(fù)時間 (t_{rr})： 典型值為 16ns。

3.4 動態(tài)特性

• 輸入電容 (C_{iss})： 在 (V{DS}=100V)，(V{GS}=0V) 時為 1422pF。
• 輸出電容 (C_{oss})： 在 (f = 100kHz) 時為 68pF。
• 反向傳輸電容 (C_{rss})： 為 2.7pF。
• 總柵極電荷 (Q_{G})： 在 (V{DS}=400V)，(I{D}=20A) 時為 37.8nC。
• 開關(guān)時間和能量： 包括導(dǎo)通延遲時間 (t{d(on)})、上升時間 (t{r})、關(guān)斷延遲時間 (t{d(off)})、下降時間 (t{f}) 以及導(dǎo)通能量 (E{ON})、關(guān)斷能量 (E{OFF}) 和總開關(guān)能量 (E_{TOTAL}) 等參數(shù)，這些參數(shù)會隨著測試條件和溫度的變化而有所不同。

四、典型性能圖表

文檔中提供了一系列典型性能圖表，包括不同溫度下的輸出特性、歸一化導(dǎo)通電阻與溫度的關(guān)系、轉(zhuǎn)移特性、柵極電荷特性、第三象限特性、電容特性、直流漏極電流降額曲線、總功率耗散曲線、最大瞬態(tài)熱阻抗曲線、安全工作區(qū)曲線以及反向恢復(fù)電荷與結(jié)溫的關(guān)系等。這些圖表能夠幫助工程師更好地了解器件在不同工作條件下的性能表現(xiàn)，為電路設(shè)計提供參考。

五、應(yīng)用信息

5.1 應(yīng)用場景

UJ4C075060K4S 適用于多種應(yīng)用領(lǐng)域，如電動汽車充電、光伏逆變器、開關(guān)模式電源、功率因數(shù)校正模塊、電機驅(qū)動和感應(yīng)加熱等。其低導(dǎo)通電阻、低開關(guān)損耗和出色的反向恢復(fù)特性，能夠提高這些應(yīng)用系統(tǒng)的效率和性能。

5.2 PCB 布局設(shè)計

由于 SiC FET 的高 dv/dt 和 di/dt 率，建議進行合理的 PCB 布局設(shè)計，以最小化電路寄生參數(shù)。同時，在 FET 工作在二極管模式時，建議使用外部柵極電阻，以實現(xiàn)最佳的反向恢復(fù)性能。

5.3 緩沖電路

使用具有小 (R{(G)}) 的緩沖電路，與使用高 (R{(G)}) 值相比，能夠提供更好的 EMI 抑制效果和更高的效率。緩沖電路不會增加額外的柵極延遲時間，并且小 (R{(G)}) 能夠更好地控制關(guān)斷時的 (V{(DS)}) 峰值尖峰和振鈴持續(xù)時間，同時降低總開關(guān)損耗。

六、訂購信息

UJ4C075060K4S 的型號標(biāo)記為 UJ4C075060K4S，采用 TO247 - 4（無鉛、無鹵素）封裝，每管包裝 600 個。

七、總結(jié)

onsemi 的 UJ4C075060K4S 碳化硅場效應(yīng)管憑借其出色的性能和特性，為電力電子系統(tǒng)的設(shè)計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。它在導(dǎo)通電阻、反向恢復(fù)特性、柵極電荷等方面表現(xiàn)出色，能夠有效提高系統(tǒng)的效率和可靠性。在實際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和工作條件，合理選擇和使用該器件，并注意 PCB 布局設(shè)計和緩沖電路的應(yīng)用，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。你在使用類似碳化硅器件時，有沒有遇到過什么問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。