onsemi UF4C120070B7S碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管：高性能與可靠性的完美結(jié)合

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的功率器件至關(guān)重要。今天，我們來(lái)深入探討 onsemi 推出的 UF4C120070B7S碳化硅（SiC）場(chǎng)效應(yīng)管，看看它在實(shí)際應(yīng)用中能為我們帶來(lái)哪些優(yōu)勢(shì)。

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產(chǎn)品概述

UF4C120070B7S 是一款 1200V、72mΩ 的 G4 SiC FET，采用獨(dú)特的“共源共柵”電路配置，將常開(kāi)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，在替換 Si IGBT、Si 超結(jié)器件或 SiC MOSFET 時(shí)，只需進(jìn)行最小限度的重新設(shè)計(jì)，就能使用現(xiàn)成的柵極驅(qū)動(dòng)器。它采用節(jié)省空間的 TO - 263 - 7 封裝，支持自動(dòng)化組裝，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(kāi)關(guān)電感負(fù)載以及任何需要標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用。

產(chǎn)品特性

低導(dǎo)通電阻與高溫性能

該器件的導(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，能夠提高系統(tǒng)的效率。同時(shí)，它的最高工作溫度可達(dá) 175°C，這使得它在高溫環(huán)境下也能穩(wěn)定工作，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。

出色的反向恢復(fù)特性

反向恢復(fù)電荷 (Q_{rr}=101nC)，反向恢復(fù)時(shí)間短，這有助于減少開(kāi)關(guān)損耗，提高開(kāi)關(guān)速度，降低電磁干擾（EMI）。在實(shí)際應(yīng)用中，這一特性可以讓電路的性能更加穩(wěn)定，減少系統(tǒng)中的噪聲。

低體二極管壓降

體二極管正向壓降 (V_{FSD}) 為 1.43V，較低的壓降可以降低在反向?qū)〞r(shí)的功率損耗，進(jìn)一步提高系統(tǒng)效率。

低柵極電荷

柵極電荷 (Q_{G}=37.8nC)，這使得柵極驅(qū)動(dòng)所需的能量較少，能夠降低驅(qū)動(dòng)電路的功耗，提高系統(tǒng)的整體效率。

靜電保護(hù)

該器件具有 ESD 保護(hù)功能，達(dá)到 HBM Class 2 和 CDM Class C3 標(biāo)準(zhǔn)，這可以有效防止靜電對(duì)器件造成損壞，提高器件的可靠性。

典型應(yīng)用

電動(dòng)汽車(chē)充電

在電動(dòng)汽車(chē)充電領(lǐng)域，對(duì)功率器件的性能要求很高。UF4C120070B7S 的高電壓、低導(dǎo)通電阻和出色的開(kāi)關(guān)性能，能夠滿(mǎn)足快速充電的需求，提高充電效率，減少充電時(shí)間。

光伏逆變器

在光伏逆變器中，該器件可以提高能量轉(zhuǎn)換效率，降低系統(tǒng)損耗。其高溫性能和穩(wěn)定性也能適應(yīng)不同的環(huán)境條件，確保光伏系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

開(kāi)關(guān)模式電源和功率因數(shù)校正模塊

在開(kāi)關(guān)模式電源和功率因數(shù)校正模塊中，UF4C120070B7S 的低導(dǎo)通電阻和快速開(kāi)關(guān)特性可以減少開(kāi)關(guān)損耗，提高電源的效率和功率密度。

感應(yīng)加熱

在感應(yīng)加熱應(yīng)用中，該器件的高開(kāi)關(guān)速度和低損耗特性能夠提高加熱效率，實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制。

電氣特性

最大額定值

注：

1. 受 (T_{J, max}) 限制。
2. 脈沖寬度 (t{p}) 受 (T{J, max}) 限制，起始 (T_{J}=25°C)。
3. ……

靜態(tài)特性

在不同的溫度和測(cè)試條件下，器件的各項(xiàng)靜態(tài)特性表現(xiàn)不同。例如，在 (V{GS}=12V)，(I{D}=20A)，(T{J}=25°C) 時(shí)，漏源導(dǎo)通電阻 (R{DS(on)}) 典型值為 72mΩ；而當(dāng) (T{J}=125°C) 時(shí)，(R{DS(on)}) 變?yōu)?140mΩ；當(dāng) (T{J}=175°C) 時(shí)，(R{DS(on)}) 進(jìn)一步增加到 197mΩ。這表明隨著溫度的升高，導(dǎo)通電阻會(huì)增大，在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要考慮這一因素對(duì)系統(tǒng)性能的影響。

反向二極管特性

反向二極管的連續(xù)正向電流、脈沖電流、正向電壓、反向恢復(fù)電荷和反向恢復(fù)時(shí)間等特性，對(duì)于評(píng)估器件在反向?qū)〞r(shí)的性能至關(guān)重要。例如，在 (T{C}=25°C) 時(shí)，二極管連續(xù)正向電流為 25.7A，脈沖電流為 76A；在 (I{S}=10A)，(T{J}=25°C)，(V{GS}=0V) 時(shí)，正向電壓 (V_{FSD}) 為 1.43V 至 1.64V。

動(dòng)態(tài)特性

器件的動(dòng)態(tài)特性包括輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容、總柵極電荷、開(kāi)關(guān)時(shí)間和開(kāi)關(guān)能量等。這些特性決定了器件的開(kāi)關(guān)速度和開(kāi)關(guān)損耗。例如，在 (V{DS}=800V)，(I{D}=20A)，(V{GS}=0V) 至 15V 時(shí)，總柵極電荷 (Q{G}=37.8nC)；在 (V{DS}=800V)，(I{D}=20A)，柵極驅(qū)動(dòng)器為 -5V 至 +15V，(R{G ON}=10Ω)，(R{G OFF}=50Ω)，(T{J}=25°C) 時(shí)，導(dǎo)通延遲時(shí)間 (t{d(on)}) 為 20ns，上升時(shí)間 (t_{r}) 為 32ns。

應(yīng)用信息

共源共柵結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)

SiC FET 由高壓 SiC 耗盡型 JFET 和低壓硅 MOSFET 串聯(lián)組成。硅 MOSFET 作為控制單元，SiC JFET 在關(guān)斷狀態(tài)下提供高電壓阻斷能力。這種組合使得器件與標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)器兼容，并且在低導(dǎo)通電阻、輸出電容、柵極電荷和反向恢復(fù)電荷等方面表現(xiàn)出色，從而降低了傳導(dǎo)和開(kāi)關(guān)損耗。同時(shí)，SiC FET 具有良好的反向?qū)芰?，無(wú)需外部反并聯(lián)二極管。

緩沖電路設(shè)計(jì)

使用小阻值的 (R{(G)})（柵極電阻）的緩沖電路，與使用大阻值 (R{(G)}) 相比，能提供更好的 EMI 抑制效果和更高的效率。小阻值 (R{(G)}) 能更好地控制關(guān)斷時(shí) (V{(DS)}) 的峰值尖峰和振鈴持續(xù)時(shí)間，且不會(huì)增加額外的柵極延遲時(shí)間。而大阻值 (R{(G)}) 雖然能抑制峰值尖峰，但會(huì)導(dǎo)致更長(zhǎng)的延遲時(shí)間。此外，使用緩沖電路時(shí)的總開(kāi)關(guān)損耗小于使用大阻值 (R{(G)})，并且在中到滿(mǎn)載范圍內(nèi)能大幅降低 (E{(OFF)})，僅略微增加 (E{(ON)})，隨著負(fù)載電流的增加，效率會(huì)得到提高。

PCB 布局設(shè)計(jì)

由于 SiC FET 的高 dv/dt 和 di/dt 速率，為了最小化電路寄生參數(shù)，強(qiáng)烈建議進(jìn)行合理的 PCB 布局設(shè)計(jì)。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。

訂購(gòu)信息

如果你對(duì)卷帶規(guī)格（包括部件方向和卷帶尺寸）感興趣，請(qǐng)參考 Tape and Reel Packaging Specifications Brochure, BRD8011/D。

總結(jié)

onsemi 的 UF4C120070B7S 碳化硅場(chǎng)效應(yīng)管以其出色的性能和可靠性，為電子工程師在設(shè)計(jì)各種功率應(yīng)用時(shí)提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。無(wú)論是在電動(dòng)汽車(chē)充電、光伏逆變器、開(kāi)關(guān)模式電源還是感應(yīng)加熱等領(lǐng)域，它都能發(fā)揮出其優(yōu)勢(shì)，幫助提高系統(tǒng)的效率和性能。在實(shí)際應(yīng)用中，工程師需要根據(jù)具體的需求和電路條件，合理選擇和使用該器件，以實(shí)現(xiàn)最佳的設(shè)計(jì)效果。你在使用類(lèi)似的功率器件時(shí)，遇到過(guò)哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。