安森美SiC Cascode JFET：高性能功率器件的卓越之選
安森美SiC Cascode JFET：高性能功率器件的卓越之選
引言
在當(dāng)今電子技術(shù)飛速發(fā)展的時代，功率器件的性能對于各種電子設(shè)備的效率和可靠性起著至關(guān)重要的作用。安森美（onsemi）推出的UF4SC120009K4SH碳化硅（SiC）共源共柵JFET，憑借其獨(dú)特的設(shè)計(jì)和優(yōu)異的性能，成為了眾多應(yīng)用領(lǐng)域的理想選擇。本文將深入剖析這款器件的特點(diǎn)、性能參數(shù)以及典型應(yīng)用，為電子工程師們提供全面的參考。
產(chǎn)品概述
UF4SC120009K4SH是一款1200V、9.1 mΩ的G4 SiC FET，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，形成了常關(guān)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)動特性，能夠使用現(xiàn)成的柵極驅(qū)動器，在替換Si IGBT、Si超結(jié)器件或SiC MOSFET時，只需進(jìn)行最小限度的重新設(shè)計(jì)。
產(chǎn)品特性
低導(dǎo)通電阻
典型導(dǎo)通電阻 (R_{DS(on)}) 為9.1 mΩ，低導(dǎo)通電阻可以有效降低功率損耗，提高系統(tǒng)效率。在實(shí)際應(yīng)用中，較低的導(dǎo)通電阻意味著在相同電流下，器件的發(fā)熱更小，從而減少了散熱設(shè)計(jì)的難度和成本。
寬工作溫度范圍
能夠在高達(dá)175°C的溫度下正常工作，這使得它適用于各種惡劣的工作環(huán)境。在高溫環(huán)境中，許多傳統(tǒng)的功率器件性能會下降，而UF4SC120009K4SH憑借其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，能夠保持穩(wěn)定的性能，確保系統(tǒng)的可靠性。
卓越的反向恢復(fù)特性
反向恢復(fù)電荷 (Q_{rr}=615 nC)，反向恢復(fù)時間短，這對于開關(guān)電感負(fù)載和需要標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動的應(yīng)用非常重要。快速的反向恢復(fù)特性可以減少開關(guān)損耗，提高開關(guān)頻率，從而提升系統(tǒng)的整體性能。
低體二極管壓降
體二極管壓降 (V_{FSD}) 為1.09 V，低體二極管壓降可以降低二極管導(dǎo)通時的功率損耗，提高系統(tǒng)的效率。在一些需要使用體二極管的應(yīng)用中，如橋式電路，低體二極管壓降可以顯著減少能量損耗。
低柵極電荷
柵極電荷 (Q_{G}=168 nC)，低柵極電荷意味著驅(qū)動器件所需的能量更少，從而降低了驅(qū)動電路的功耗。這對于提高系統(tǒng)的整體效率和降低成本非常有幫助。
低固有電容
低固有電容可以減少開關(guān)過程中的充放電時間，降低開關(guān)損耗，提高開關(guān)速度。在高頻應(yīng)用中，低固有電容的優(yōu)勢更加明顯。
Kelvin源引腳
Kelvin源引腳可以優(yōu)化開關(guān)性能，減少源極電感的影響，提高開關(guān)速度和效率。在高速開關(guān)應(yīng)用中，Kelvin源引腳的設(shè)計(jì)可以有效改善器件的開關(guān)特性。
高電壓封裝
采用TO247 - 4LH高壓封裝，具有8 mm的D - S爬電距離，能夠提供良好的電氣絕緣性能，確保器件在高壓環(huán)境下的安全運(yùn)行。
ESD保護(hù)
具有ESD保護(hù)功能，HBM Class 2和CDM Class C3，能夠有效防止靜電對器件造成損壞，提高器件的可靠性和穩(wěn)定性。
環(huán)保設(shè)計(jì)
該器件無鉛、無鹵素，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，符合環(huán)保要求，滿足現(xiàn)代電子產(chǎn)品對環(huán)保的需求。
性能參數(shù)
最大額定值
| 參數(shù) | 符號 | 測試條件 | 值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| 漏源電壓 | (V_{DS}) | 1200 | V | |
| 柵源電壓 | (V_{GS}) | DC | -20 to +20 | V |
| AC (f > 1 Hz) | -25 to +25 | V | ||
| 連續(xù)漏極電流（注1） | (I_{D}) | (T_{C}<100^{circ}C) | 120 | A |
| 脈沖漏極電流（注2） | (I_{DM}) | (T_{C}=25^{circ}C) | 550 | A |
| 單脈沖雪崩能量（注3） | (E_{AS}) | (L = 15 mH, I_{AS}=6.5 A) | 317 | mJ |
| 功率耗散 | (P_{tot}) | (T_{C}=25^{circ}C) | 750 | W |
| SiC FET dv/dt魯棒性 | (dv/dt) | (V_{DS}<800 V) | 150 | V/ns |
| 最大結(jié)溫 | (T_{J,max}) | 175 | °C | |
| 工作和儲存溫度 | (T{J}, T{STG}) | -55 to 175 | °C | |
| 最大焊接引線溫度，距外殼1/8”，5秒 | (T_{L}) | 250 | °C |
注：
- 受鍵合線限制。
- 脈沖寬度 (t{p}) 受 (T{J, max}) 限制，起始 (T_{J}=25^{circ}C)。
熱特性
| 參數(shù) | 符號 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 結(jié)到外殼熱阻 | (R_{JC}) | 0.15 | 0.20 | °C/W |
電氣特性
靜態(tài)特性
| 參數(shù) | 符號 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 漏源擊穿電壓 | (BV_{DS}) | (V{GS}=0 V, I{D}=1 mA) | 1200 | V | |||
| 總漏極泄漏電流 | (I_{DSS}) | (V{DS}=1200 V, V{GS}=0 V, T_{J}=25^{circ}C) | 5 | 300 | μA | ||
| (V{DS}=1200 V, V{GS}=0 V, T_{J}=175^{circ}C) | 56 | ||||||
| 總柵極泄漏電流 | (I_{GS}) | (V{DS}=0 V, T{J}=25^{circ}C, V_{GS}=-20 V / +20 V) | 6 | 20 | μA | ||
| 漏源導(dǎo)通電阻 | (R_{DS(on)}) | (V{GS}=12 V, I{D}=80 A) (T_{J}=25^{circ}C) | 9.1 | 10.6 | mΩ | ||
| (T_{J}=125^{circ}C) | 16.9 | ||||||
| (T_{J}=175^{circ}C) | 23.3 | ||||||
| 柵極閾值電壓 | (V_{G(th)}) | (V{DS}=5 V, I{D}=10 mA) | 4 | 4.7 | 6 | V | |
| 柵極電阻 | (R_{G}) | (f = 1 MHz, open drain) | 0.8 | 1.5 | Ω |
反向二極管特性
| 參數(shù) | 符號 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 二極管連續(xù)正向電流 | (I_{S}) | (T_{C}<100^{circ}C) | 120 | A | ||
| 二極管脈沖電流 | (I_{S,pulse}) | (T_{C}=25^{circ}C) | 550 | A | ||
| 正向電壓 | (V_{FSD}) | (V{GS}=0 V, I{F}=40 A, T_{J}=25^{circ}C) | 1.09 | 1.45 | V | |
| (V{GS}=0 V, I{S}=40 A, T_{J}=175^{circ}C) | 1.31 | |||||
| 反向恢復(fù)電荷 | (Q_{rr}) | (V{DS}=800 V, I{S}=80 A, V{GS}=0 V, R{G_EXT}=2 Ω, di / dt = 2600 A / μs, T_{J}=25^{circ}C) | 615 | nC | ||
| 反向恢復(fù)時間 | (t_{rr}) | 48 | ns | |||
| 反向恢復(fù)電荷 | (Q_{rr}) | (V{DS}=800 V, I{S}=80 A, V{GS}=0 V, R{G_EXT}=2 Ω, di / dt = 2600 A / μs, T_{J}=150^{circ}C) | 724 | nC | ||
| 反向恢復(fù)時間 | (t_{rr}) | 55 | ns |
動態(tài)特性
| 參數(shù) | 符號 | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入電容 | (C_{iss}) | (V{DS}=800 V, V{GS}=0 V, f = 100 kHz) | 7218 | pF | ||
| 輸出電容 | (C_{oss}) | 204 | ||||
| 反向傳輸電容 | (C_{rss}) | 0.2 | ||||
| 有效輸出電容（能量相關(guān)） | (C_{oss(er)}) | (V{DS}=0 V to 800 V, V{GS}=0 V) | 265 | pF | ||
| 有效輸出電容（時間相關(guān)） | (C_{oss(tr)}) | 528 | pF | |||
| (C_{oss}) 存儲能量 | (E_{oss}) | (V{DS}=800 V, V{GS}=0 V) | 85 | μJ | ||
| 總柵極電荷 | (Q_{G}) | (V{DS}=800 V, I{D}=80 A, V_{GS}=0 V to 15 V) | 168 | nC | ||
| 柵漏電荷 | (Q_{GD}) | 28 | ||||
| 柵源電荷 | (Q_{GS}) | 50 | ||||
| 開通延遲時間 | (t_{d(on)}) | （注4和5） | 40 | ns | ||
| 上升時間 | (t_{r}) | (V{DS}=800 V, I{D}=80 A, Gate Driver = 0 V to +15 V, R{G.EXT}=2 Ω, Inductive Load, FWD: Same Device With (V{GS}=0 V, R{G}=2 Ω, RC Snubber: R{S}=5 Ω, C{S}=440 pF, T{J}=25^{circ}C) | 37 | |||
| 關(guān)斷延遲時間 | (t_{d(off)}) | 81 | ||||
| 下降時間 | (t_{f}) | 16 | ||||
| 開通能量（包括 (R_{S}) 能量） | (E_{ON}) | 1656 | μJ | |||
| 關(guān)斷能量（包括 (R_{S}) 能量） | (E_{OFF}) | 255 | μJ | |||
| 總開關(guān)能量（包括 (R_{S}) 能量） | (E_{TOTAL}) | 1911 | μJ | |||
| 開通時緩沖器 (R_{S}) 能量 | (E_{RS_ON}) | 19.5 | μJ | |||
| 關(guān)斷時緩沖器 (R_{S}) 能量 | (E_{RS_OFF}) | 76.5 | μJ |
注：
- 使用圖26中的開關(guān)測試電路測量。
- 表中的開關(guān)能量（開通能量、關(guān)斷能量和總能量）包括器件RC緩沖器的能量損耗。
典型應(yīng)用
電動汽車充電
在電動汽車充電系統(tǒng)中，UF4SC120009K4SH的低導(dǎo)通電阻和卓越的反向恢復(fù)特性可以有效提高充電效率，減少能量損耗。同時，其寬工作溫度范圍和高可靠性能夠確保在不同環(huán)境條件下穩(wěn)定工作。
光伏逆變器
光伏逆變器需要高效的功率轉(zhuǎn)換，UF4SC120009K4SH的高性能可以滿足這一需求。它能夠?qū)⑻柲茈姵匕瀹a(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電，提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的效率。
開關(guān)模式電源
在開關(guān)模式電源中，該器件的快速開關(guān)速度和低損耗特性可以提高電源的效率和功率密度。同時，其低柵極電荷和標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動特性使得驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)更加簡單。
功率因數(shù)校正模塊
功率因數(shù)校正模塊可以提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少無功功率損耗。UF4SC120009K4SH的優(yōu)異性能可以有效提高功率因數(shù)校正模塊的效率和性能。
電機(jī)驅(qū)動
在電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用中，該器件能夠提供快速的開關(guān)速度和低損耗，提高電機(jī)的效率和性能。同時，其高可靠性和穩(wěn)定性能夠確保電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。
感應(yīng)加熱
感應(yīng)加熱設(shè)備需要高效的功率轉(zhuǎn)換和快速的開關(guān)速度，UF4SC120009K4SH的性能可以滿足這些要求。它能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換為熱能，實(shí)現(xiàn)高效的感應(yīng)加熱。
總結(jié)
安森美UF4SC120009K4SH碳化硅共源共柵JFET以其獨(dú)特的設(shè)計(jì)、優(yōu)異的性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，為電子工程師們提供了一個高性能的功率器件解決方案。無論是在電動汽車充電、光伏逆變器、開關(guān)模式電源還是其他應(yīng)用中，該器件都能夠發(fā)揮出其優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。作為電子工程師，在選擇功率器件時，不妨考慮一下這款優(yōu)秀的產(chǎn)品。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似性能的器件，它們之間又有哪些差異呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。
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