onsemi UF4C120070K4S碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管：高效開關(guān)的理想之選

在電子工程師的日常設(shè)計(jì)工作中，選擇合適的功率器件至關(guān)重要。今天我們就來詳細(xì)了解一下 onsemi 的 UF4C120070K4S 碳化硅（SiC）場(chǎng)效應(yīng)管，看看它有哪些獨(dú)特的性能和應(yīng)用場(chǎng)景。

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一、器件概述

UF4C120070K4S 是一款 1200V、72mΩ 的 G4 SiC FET。它采用了獨(dú)特的“共源共柵”電路配置，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(shè)計(jì)使得該器件具有標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動(dòng)特性，能夠真正實(shí)現(xiàn)對(duì) Si IGBT、Si FET、SiC MOSFET 或 Si 超結(jié)器件的“直接替代”。它采用 TO - 247 - 4L 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)感性負(fù)載以及任何需要標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用。

二、主要特性

1. 低導(dǎo)通電阻

導(dǎo)通電阻 (R_{DS (on) }) 典型值為 72mΩ，這意味著在導(dǎo)通狀態(tài)下，器件的功率損耗較小，能夠有效提高系統(tǒng)的效率。大家可以思考一下，在高功率應(yīng)用中，低導(dǎo)通電阻能為我們節(jié)省多少電能呢？

2. 寬工作溫度范圍

最大工作溫度可達(dá) 175°C，這使得該器件在高溫環(huán)境下也能穩(wěn)定工作，適用于一些對(duì)溫度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。

3. 優(yōu)秀的反向恢復(fù)特性

反向恢復(fù)電荷 (Q_{rr}=119 nC)，反向恢復(fù)時(shí)間短，能夠減少開關(guān)過程中的能量損耗和電磁干擾。

4. 低體二極管壓降

體二極管壓降 (V_{FSD}) 為 1.43V，降低了二極管導(dǎo)通時(shí)的功率損耗。

5. 低柵極電荷

柵極電荷 (Q_{G}=37.8 nC)，這意味著在開關(guān)過程中，驅(qū)動(dòng)器件所需的能量較少，能夠提高開關(guān)速度。

6. 閾值電壓合適

閾值電壓 (V_{G(th)}) 典型值為 4.8V，允許 0 到 15V 的驅(qū)動(dòng)電壓，方便與各種驅(qū)動(dòng)電路配合使用。

7. 低固有電容

具有較低的固有電容，有助于提高開關(guān)速度和降低開關(guān)損耗。

8. ESD 保護(hù)

具備 HBM 2 類和 CDM C3 類 ESD 保護(hù)，增強(qiáng)了器件的可靠性。

9. 環(huán)保特性

該器件無鉛、無鹵素，符合 RoHS 標(biāo)準(zhǔn)，滿足環(huán)保要求。

三、典型應(yīng)用

1. 電動(dòng)汽車充電

在電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)中，需要高效的功率轉(zhuǎn)換和快速的開關(guān)速度，UF4C120070K4S 的低導(dǎo)通電阻和優(yōu)秀的反向恢復(fù)特性能夠滿足這些要求，提高充電效率。

2. 光伏逆變器

光伏逆變器需要將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，該器件的高性能能夠有效提高逆變器的效率和可靠性。

3. 開關(guān)電源

在開關(guān)電源中，低導(dǎo)通電阻和低開關(guān)損耗能夠降低電源的功耗，提高電源的效率。

4. 功率因數(shù)校正模塊

有助于提高功率因數(shù)，減少電能損耗。

5. 電機(jī)驅(qū)動(dòng)

能夠?qū)崿F(xiàn)快速的開關(guān)動(dòng)作，提高電機(jī)的控制精度和效率。

6. 感應(yīng)加熱

在感應(yīng)加熱應(yīng)用中，需要快速的開關(guān)速度和高功率密度，該器件能夠滿足這些需求。

四、電氣特性

1. 最大額定值

• 漏源電壓 (V_{DS}) 最大為 1200V。
• 柵源電壓 (V_{GS}) 在直流情況下為 - 20 到 + 20V，交流（f > 1Hz）情況下為 - 25 到 + 25V。
• 連續(xù)漏極電流 (I{D}) 在 (T{C}=25^{circ} C) 時(shí)為 27.5A，在 (T_{C}=100^{circ} C) 時(shí)為 20.7A。
• 脈沖漏極電流 (I{DM}) 在 (T{C}=25^{circ} C) 時(shí)為 83A。
• 單脈沖雪崩能量 (E{AS}) 在 (L = 15 mH)，(I{AS}=2.2 A) 時(shí)為 36mJ。
• SiC FET 的 (dv/dt) 魯棒性在 (V_{DS}≤800 V) 時(shí)為 200V/ns。
• 功率耗散 (P{tot}) 在 (T{C}=25^{circ} C) 時(shí)為 217W。
• 最大結(jié)溫 (T_{J, max}) 為 175°C。
• 工作和儲(chǔ)存溫度范圍為 - 55 到 175°C。
• 焊接時(shí)，距離外殼 1/8”處的最大引線溫度為 250°C。

2. 靜態(tài)特性

• 漏源擊穿電壓 (BV{DS}) 在 (V{GS}=0 V)，(I_{D}=1 mA) 時(shí)為 1200V。
• 總漏極泄漏電流 (I{DSS}) 在不同條件下有不同的值，如 (V{DS}=1200V)，(V{GS}=0V)，(T{J}=25^{circ} C) 時(shí)典型值為 0.4μA，(T_{J}=175^{circ} C) 時(shí)為 10μA。
• 總柵極泄漏電流 (I{GS}) 在 (V{DS}=0 V)，(T{J}=25^{circ} C)，(V{GS}=-20V/+20V) 時(shí)典型值為 6μA。
• 漏源導(dǎo)通電阻 (R{DS(on)}) 在不同溫度下有所變化，如 (V{GS}=12 V)，(I{D}=20 A)，(T{J}=25^{circ} C) 時(shí)典型值為 72mΩ，(T{J}=125^{circ} C) 時(shí)為 140mΩ，(T{J}=175^{circ} C) 時(shí)為 197mΩ。
• 柵極閾值電壓 (V{G(th)}) 在 (V{DS}=5 V)，(I_{D}=10 mA) 時(shí)典型值為 4.8V。
• 柵極電阻 (R_{G}) 在 (f = 1 MHz)，開漏情況下典型值為 4.5Ω。

3. 反向二極管特性

• 二極管連續(xù)正向電流 (I{S}) 在 (T{C}=25^{circ} C) 時(shí)為 27.5A。
• 二極管脈沖電流在 (T_{C}=25^{circ}C) 時(shí)為 83A。
• 正向電壓 (V{FSD}) 在 (V{GS}=0 V)，(I{S}=10 A)，(T{J}=25^{circ} C) 時(shí)典型值為 1.43V，(T_{J}=175^{circ} C) 時(shí)為 2.38V。
• 反向恢復(fù)電荷 (Q{rr}) 在 (V{DS}=800 V)，(I{S}=20 A)，(V{GS}=0 V) 時(shí)為 119nC。
• 反向恢復(fù)時(shí)間 (t{rr}) 在 (R{G}=20 Omega)，(di/dt=1600 A/μs)，(T_{J}=25^{circ}C) 時(shí)為 14ns。

4. 動(dòng)態(tài)特性

• 輸入電容 (C{iss}) 在 (V{DS}=800 V)，(V_{GS}=0 V)，(f = 100 kHz) 時(shí)為 1370pF。
• 輸出電容 (C{oss}) 有不同的參數(shù)，如有效輸出電容（能量相關(guān)） (C{oss(er)}) 在 (V{DS}=0 V) 到 (800 V)，(V{GS}=0 V) 時(shí)為 42pF。
• 總柵極電荷 (Q_{G}) 為 37.8nC。
• 開關(guān)時(shí)間和能量也有相應(yīng)的參數(shù)，如開通延遲時(shí)間 (t{d(on)})、上升時(shí)間 (t{r})、關(guān)斷延遲時(shí)間 (t{d(off)})、下降時(shí)間 (t{f}) 以及開通能量 (E{ON})、關(guān)斷能量 (E{OFF}) 和總開關(guān)能量 (E_{TOTAL}) 等，不同條件下有不同的值。

五、應(yīng)用注意事項(xiàng)

1. PCB 布局設(shè)計(jì)

由于 SiC FET 具有較高的 (dv/dt) 和 (di/dt) 速率，因此在 PCB 布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量減小電路寄生參數(shù)，以避免影響器件的性能。

2. 外部柵極電阻

當(dāng) FET 在二極管模式下工作時(shí)，建議使用外部柵極電阻，以實(shí)現(xiàn)最佳的反向恢復(fù)性能。

3. 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，同時(shí)提高效率。與使用高 (R{(G)}) 值相比，緩沖電路可以更好地控制關(guān)斷時(shí)的 (V_{(DS)}) 峰值尖峰和振鈴持續(xù)時(shí)間，并且總開關(guān)損耗更小。

六、總結(jié)

UF4C120070K4S 碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管憑借其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和出色的性能，在多個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用前景。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)相關(guān)電路時(shí)，可以充分考慮該器件的優(yōu)勢(shì)，以提高系統(tǒng)的性能和可靠性。同時(shí)，在使用過程中要注意 PCB 布局、外部柵極電阻和緩沖電路的設(shè)計(jì)，以確保器件能夠發(fā)揮最佳性能。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似器件的使用問題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。