安森美SiC Cascode JFET：高效功率開關(guān)的新選擇

在電子工程領(lǐng)域，功率開關(guān)器件的性能直接影響著各種電子設(shè)備的效率和可靠性。安森美（onsemi）推出的UF3SC120009K4S碳化硅（SiC）共源共柵JFET，為工程師們提供了一種高性能的功率開關(guān)解決方案。本文將詳細(xì)介紹這款器件的特點(diǎn)、性能參數(shù)以及應(yīng)用場景，幫助工程師們更好地了解和應(yīng)用該器件。

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一、器件概述

UF3SC120009K4S是一款基于獨(dú)特“共源共柵”電路配置的SiC FET器件。它將常開型SiC JFET與Si MOSFET封裝在一起，形成了常閉型SiC FET器件。這種設(shè)計使得該器件具有標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動特性，能夠真正實現(xiàn)對Si IGBT、Si FET、SiC MOSFET或Si超結(jié)器件的“直接替換”。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)感性負(fù)載以及任何需要標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動的應(yīng)用。

二、主要特點(diǎn)

1. 低導(dǎo)通電阻

典型導(dǎo)通電阻(R_{DS(on), typ})為8.6mΩ，低導(dǎo)通電阻可以有效降低導(dǎo)通損耗，提高功率轉(zhuǎn)換效率。

2. 寬溫度范圍

最大工作溫度可達(dá)175°C，能夠在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，適用于各種惡劣的工業(yè)和汽車應(yīng)用場景。

3. 出色的反向恢復(fù)特性

具有優(yōu)秀的反向恢復(fù)性能，反向恢復(fù)電荷低，能夠減少開關(guān)損耗，提高開關(guān)速度。

4. 低柵極電荷和固有電容

低柵極電荷和固有電容使得器件的開關(guān)速度更快，驅(qū)動功率更低，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的效率。

5. ESD保護(hù)

具備ESD保護(hù)功能，HBM Class 2，增強(qiáng)了器件的可靠性和抗干擾能力。

6. 環(huán)保設(shè)計

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

三、性能參數(shù)

1. 最大額定值

注：1. 受鍵合線限制；2. 脈沖寬度(t{p})受(T{J, max})限制；3. 起始(T_{J}=25^{circ}C)

2. 熱特性

3. 電氣特性

靜態(tài)特性

• 漏源擊穿電壓：(BV{DS})在(V{GS}=0 V, I_{D}=1 mA)時為1200V。
• 總漏極泄漏電流：在不同溫度和電壓條件下有不同的值，如(V{DS}=1200V, V{GS}=0V, T{J}=25^{circ}C)時，最大值為600nA；(V{DS}=1200V, V{GS}=0V, T{J}=175^{circ}C)時，最大值為65μA。
• 總柵極泄漏電流：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：在不同溫度下有不同的值，如(V{GS}=12V, I{D}=100A, T{J}=25^{circ}C)時，典型值為8.6mΩ；(T{J}=125^{circ}C)時，典型值為13.5mΩ；(T_{J}=175^{circ}C)時，典型值為18.2mΩ。
• 柵極閾值電壓：在(V{DS}=5V, I{D}=10mA)時，范圍為4 - 6V。
• 柵極電阻：在(f = 1 MHz)，開漏狀態(tài)下，典型值為0.8Ω，最大值為1.5Ω。

反向二極管特性

• 二極管連續(xù)正向電流：在(T_{C}<110^{circ}C)時為120A。
• 二極管脈沖電流：在(T_{C}=25^{circ}C)時為550A。
• 正向電壓：在(V{GS}=0V, I{S}=100A, T{J}=25^{circ}C)時，典型值為1.65V；(T{J}=175^{circ}C)時，典型值為2.4V。
• 反向恢復(fù)電荷：在不同條件下有不同的值，如(V{DS}=800V, I{S}=100A, V{GS}=-5V, R{G_EXT}=22Ω, di/dt = 3700A/μs, T{J}=25^{circ}C)時為1373nC；(T{J}=150^{circ}C)時為1275nC。
• 反向恢復(fù)時間：在上述條件下均為60ns。

動態(tài)特性

• 輸入電容：(C{iss})在(V{DS}=100V, V_{GS}=0V)時為8512pF。
• 輸出電容：(C_{oss})在(f = 100 kHz)時為755pF。
• 反向傳輸電容：(C_{rss})為9pF。
• 有效輸出電容（能量相關(guān)）：(C{oss(er)})在(V{DS}=0V)到(800V, V_{GS}=0V)時為395pF。
• 有效輸出電容（時間相關(guān)）：(C_{oss(tr)})為870pF。
• (C_{OSS})存儲能量：(E{oss})在(V{DS}=800V, V_{GS}=0V)時為128μJ。
• 總柵極電荷：(Q{G})在(V{DS}=800V, I{D}=100A, V{GS}=-5V)到(15V)時為234nC。
• 柵漏電荷：(Q_{GD})為40nC。
• 柵源電荷：(Q_{GS})為96nC。
• 開通延遲時間：在不同條件下有不同的值，如(V{DS}=800V, I{D}=100A)，不同的柵極驅(qū)動和負(fù)載條件下，典型值在28 - 33ns之間。
• 上升時間：典型值在50 - 66ns之間。
• 關(guān)斷延遲時間：典型值在113 - 127ns之間。
• 下降時間：典型值為15 - 16ns。
• 開通能量：典型值在1895 - 3539μJ之間。
• 關(guān)斷能量：典型值在595 - 722μJ之間。
• 總開關(guān)能量：典型值在2575 - 4239μJ之間。

四、典型應(yīng)用

1. 電動汽車充電

在電動汽車充電系統(tǒng)中，需要高效的功率轉(zhuǎn)換和快速的開關(guān)速度，UF3SC120009K4S的低導(dǎo)通電阻和出色的反向恢復(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，該器件的高性能可以降低損耗，提高逆變器的效率和可靠性。

3. 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。

4. 功率因數(shù)校正模塊

功率因數(shù)校正模塊需要精確的控制和高效的功率轉(zhuǎn)換，UF3SC120009K4S可以滿足這些需求，提高功率因數(shù)。

5. 電機(jī)驅(qū)動

電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)需要快速的開關(guān)和精確的控制，該器件的高性能可以提高電機(jī)驅(qū)動的效率和性能。

6. 感應(yīng)加熱

感應(yīng)加熱系統(tǒng)需要高功率和快速的開關(guān)速度，UF3SC120009K4S能夠滿足這些要求，實現(xiàn)高效的加熱。

五、應(yīng)用注意事項

1. PCB布局設(shè)計

由于SiC FET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。

2. 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。

六、總結(jié)

安森美UF3SC120009K4S碳化硅共源共柵JFET是一款高性能的功率開關(guān)器件，具有低導(dǎo)通電阻、寬溫度范圍、出色的反向恢復(fù)特性等優(yōu)點(diǎn)。它適用于多種應(yīng)用場景，能夠提高系統(tǒng)的效率和可靠性。在使用該器件時，工程師們需要注意PCB布局設(shè)計和外部柵極電阻的使用，以充分發(fā)揮其性能優(yōu)勢。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似器件的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。