onsemi UJ4C075018K3S SiC Cascode JFET深度解析

在電力電子領(lǐng)域，功率開關(guān)器件的性能對整個系統(tǒng)的效率和可靠性起著關(guān)鍵作用。今天，我們將深入探討onsemi的UJ4C075018K3S碳化硅（SiC）共源共柵JFET，一款具有卓越性能的功率N溝道器件。

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產(chǎn)品概述

UJ4C075018K3S是一款750V、18mΩ的G4 SiC FET，采用獨特的“共源共柵”電路配置。它將常開型SiC JFET與Si MOSFET封裝在一起，形成常閉型SiC FET器件。這種設(shè)計使得該器件具有標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動特性，能夠真正“直接替代”硅IGBT、硅FET、SiC MOSFET或硅超結(jié)器件。其TO247 - 3封裝形式，具備超低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)動的應(yīng)用。

產(chǎn)品特性亮點

低導(dǎo)通電阻

其導(dǎo)通電阻 (R{DS (on) }) 典型值為18mΩ，低導(dǎo)通電阻意味著在導(dǎo)通狀態(tài)下，器件的功率損耗更低，能夠有效提高系統(tǒng)效率。在不同溫度下，導(dǎo)通電阻會有所變化，例如在 (T{J}=125^{circ}C) 時， (R{DS (on) }) 為31mΩ；在 (T{J}=175^{circ}C) 時，達(dá)到41mΩ。

寬工作溫度范圍

該器件的最大工作溫度可達(dá)175°C，同時其工作和存儲溫度范圍為 - 55°C至175°C，這使得它能夠在較為惡劣的環(huán)境條件下穩(wěn)定工作，適應(yīng)多種工業(yè)和汽車應(yīng)用場景。

出色的反向恢復(fù)特性

反向恢復(fù)電荷 (Q{rr}=102 nC) ，反向恢復(fù)時間短，低體二極管正向電壓 (V{FSD}=1.14 V) 。這些特性使得器件在開關(guān)過程中能夠快速恢復(fù)，減少開關(guān)損耗，提高系統(tǒng)的開關(guān)頻率和效率。

低柵極電荷

柵極電荷 (Q_{G}=37.8 nC) ，較低的柵極電荷意味著驅(qū)動該器件所需的能量較少，能夠降低驅(qū)動電路的功耗，同時也有助于提高開關(guān)速度。

靜電防護(hù)

具備HBM Class 2和CDM Class C3的靜電防護(hù)能力，增強(qiáng)了器件在實際應(yīng)用中的可靠性，減少因靜電放電而損壞的風(fēng)險。

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。

典型應(yīng)用場景

電動汽車充電

在電動汽車充電系統(tǒng)中，需要高效、可靠的功率開關(guān)器件來實現(xiàn)電能的轉(zhuǎn)換和傳輸。UJ4C075018K3S的低導(dǎo)通電阻和出色的開關(guān)性能能夠降低充電過程中的能量損耗，提高充電效率。

光伏逆變器

光伏逆變器需要將太陽能電池板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為交流電并入電網(wǎng)。UJ4C075018K3S的寬工作溫度范圍和低損耗特性，能夠適應(yīng)光伏系統(tǒng)的復(fù)雜工作環(huán)境，提高逆變器的效率和可靠性。

開關(guān)模式電源

在開關(guān)模式電源中，該器件的低柵極電荷和快速開關(guān)速度有助于提高電源的效率和功率密度，減少電源的體積和重量。

功率因數(shù)校正模塊

功率因數(shù)校正模塊需要對輸入電流進(jìn)行整形，提高功率因數(shù)。UJ4C075018K3S的低導(dǎo)通電阻和反向恢復(fù)特性能夠有效降低模塊的損耗，提高功率因數(shù)校正的效果。

電機(jī)驅(qū)動

在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，該器件能夠?qū)崿F(xiàn)快速的開關(guān)動作，精確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，提高電機(jī)的運(yùn)行效率和性能。

感應(yīng)加熱

感應(yīng)加熱設(shè)備需要高頻、高效的功率開關(guān)器件來產(chǎn)生交變磁場，實現(xiàn)加熱功能。UJ4C075018K3S的高頻開關(guān)性能和低損耗特性能夠滿足感應(yīng)加熱的需求。

電氣特性分析

最大額定值

靜態(tài)特性

• 漏源擊穿電壓： (BV{DS}) 在 (V{GS}=0V) ， (I_{D}=1 mA) 時，典型值為750V。
• 總漏極泄漏電流：在不同溫度和電壓條件下有不同的值，例如在 (V{DS}=750 V) ， (V{GS}=0 V) ， (T{J}=25^{circ}C) 時，最大為125μA；在 (T{J}=175^{circ}C) 時，最大為20μA。
• 總柵極泄漏電流：在 (V{DS}=0 V) ， (V{GS}=-20 V / +20 V) 時，最大為+20μA。
• 漏源導(dǎo)通電阻：在 (V{GS}=12 V) ， (I{D}=50 A) ， (T_{J}=25^{circ}C) 時，典型值為18mΩ。
• 柵極閾值電壓： (V{G(th)}) 在 (V{DS}=5 V) ， (I_{D}=10 mA) 時，典型值為4.8V。
• 柵極電阻：在 (f = 1 MHz) ，開路漏極時，典型值為4.5Ω。

反向二極管特性

• D模式連續(xù)正向電流：在 (T_{C}=25^{circ}C) 時，為81A。
• 二極管脈沖電流：在 (T_{C}=25^{circ}C) 時，為205A。
• 正向電壓：在 (V{GS}=0 V) ， (I{S}=20 A) ， (T{J}=25^{circ}C) 時，典型值為1.14V；在 (T{J}=175^{circ}C) 時，為1.35V。
• 反向恢復(fù)電荷：在不同溫度和測試條件下有不同的值，例如在 (T{J}=25^{circ}C) 時， (Q{rr}=102 nC) ；在 (T{J}=150^{circ}C) 時， (Q{rr}=109 nC) 。
• 反向恢復(fù)時間：在 (T{J}=25^{circ}C) 時， (t{rr}=25 ns) ；在 (T{J}=150^{circ}C) 時， (t{rr}=27 ns) 。

動態(tài)特性

• 輸入電容： (C{iss}) 在 (V{DS}=400 V) ， (V_{GS}=0 V) ， (f = 100 kHz) 時，典型值為1414pF。
• 輸出電容： (C_{oss}) 典型值為118pF。
• 反向傳輸電容： (C_{rss}) 典型值為2pF。
• 有效輸出電容： (C{oss(er)}) 在 (V{DS}=0 V) 到 (400 V) ， (V{GS}=0 V) 時，典型值為150pF； (C{oss(tr)}) 典型值為280pF。
• 存儲能量： (E{oss}) 在 (V{DS}=400 V) ， (V_{GS}=0 V) 時，典型值為12μJ。
• 總柵極電荷： (Q{g}) 在 (V{DS}=400 V) ， (I_{D}=50 A) 時，典型值為37.8nC。
• 開關(guān)時間和能量：不同測試條件下的開關(guān)時間和能量有所不同，例如在 (T{J}=25^{circ}C) ，特定測試條件下， (t{d(on)}=13 ns) ， (t{r}=56 ns) ， (t{d(off)}=139 ns) ， (t{f}=21 ns) ， (E{ON}=615 μJ) ， (E{OFF}=518 μJ) ， (E{TOTAL}=1133 μJ) 。

設(shè)計建議

PCB布局

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(qiáng)烈建議進(jìn)行合理的PCB布局設(shè)計。例如，盡量縮短功率回路的長度，減少寄生電感和電容，避免信號干擾。

外部柵極電阻

當(dāng)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。合適的柵極電阻可以控制開關(guān)速度和減少振蕩。

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，同時提高效率。與使用高 (R{(G)}) 值相比，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，并且總開關(guān)損耗更小。

總結(jié)

onsemi的UJ4C075018K3S SiC Cascode JFET以其卓越的性能和廣泛的應(yīng)用場景，為電力電子系統(tǒng)的設(shè)計提供了一個優(yōu)秀的選擇。在實際設(shè)計過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，結(jié)合器件的電氣特性和設(shè)計建議，合理選擇和使用該器件，以實現(xiàn)系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)行。你在使用類似器件時遇到過哪些挑戰(zhàn)呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗。