onsemi UF3C120040K4S碳化硅共源共柵JFET深度解析

在電力電子領(lǐng)域，碳化硅（SiC）器件憑借其卓越的性能逐漸成為了工程師們的首選。今天，我們就來深入探討onsemi推出的UF3C120040K4S碳化硅共源共柵JFET，看看它究竟有何獨特之處。

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產(chǎn)品概述

onsemi的這款碳化硅共源共柵產(chǎn)品，將高性能的F3 SiC快速JFET與經(jīng)過共源共柵優(yōu)化的MOSFET封裝在一起，打造出了市場上唯一采用標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動的SiC器件。它采用4引腳TO247封裝，具有極快的開關(guān)速度和出色的反向恢復(fù)特性，非常適合用于開關(guān)感性負(fù)載以及需要標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動的應(yīng)用場景。

產(chǎn)品特性

低導(dǎo)通電阻

典型導(dǎo)通電阻 (R_{DS (on)typ}) 僅為35 mΩ，這意味著在導(dǎo)通狀態(tài)下，器件的功率損耗較低，能夠有效提高系統(tǒng)的效率。想象一下，在一個高功率的電源系統(tǒng)中，低導(dǎo)通電阻可以減少發(fā)熱，延長設(shè)備的使用壽命，是不是很有吸引力？

寬溫度范圍

最高工作溫度可達(dá)175 °C，這使得該器件能夠在較為惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作。無論是高溫的工業(yè)環(huán)境還是汽車電子應(yīng)用，它都能應(yīng)對自如。

出色的反向恢復(fù)特性

具有優(yōu)秀的反向恢復(fù)能力，能夠快速從導(dǎo)通狀態(tài)切換到截止?fàn)顟B(tài)，減少反向恢復(fù)時間和反向恢復(fù)電荷，降低開關(guān)損耗。這對于高頻開關(guān)應(yīng)用來說尤為重要，能夠提高系統(tǒng)的整體性能。

低柵極電荷和低固有電容

低柵極電荷意味著在開關(guān)過程中，驅(qū)動電路所需的能量較少，從而降低了驅(qū)動損耗。低固有電容則有助于提高開關(guān)速度，減少開關(guān)時間。

ESD保護(hù)

具備ESD保護(hù)功能，HBM等級為2級，能夠有效防止靜電對器件造成損壞，提高了器件的可靠性。

環(huán)保封裝

采用TO247 - 4封裝，不僅有利于實現(xiàn)更快的開關(guān)速度和干凈的柵極波形，而且該器件無鉛、無鹵素，符合ROHS標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了環(huán)保理念。

典型應(yīng)用

電動汽車充電

在電動汽車充電領(lǐng)域，對功率密度和效率的要求極高。UF3C120040K4S的低導(dǎo)通電阻和快速開關(guān)特性，能夠有效提高充電效率，減少充電時間，為電動汽車的普及提供有力支持。

光伏逆變器

光伏逆變器需要將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，對器件的性能和可靠性要求很高。該器件的寬溫度范圍和出色的反向恢復(fù)特性，能夠適應(yīng)光伏系統(tǒng)的復(fù)雜環(huán)境，提高逆變器的轉(zhuǎn)換效率。

開關(guān)模式電源

在開關(guān)模式電源中，快速的開關(guān)速度和低導(dǎo)通電阻可以降低開關(guān)損耗和傳導(dǎo)損耗，提高電源的效率和穩(wěn)定性。

功率因數(shù)校正模塊

功率因數(shù)校正模塊需要精確控制電流和電壓，以提高功率因數(shù)。UF3C120040K4S的高性能特性能夠滿足這一需求，提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。

電機(jī)驅(qū)動

電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)需要快速響應(yīng)和精確控制，該器件的快速開關(guān)特性和低柵極電荷能夠滿足電機(jī)驅(qū)動的要求，提高電機(jī)的運(yùn)行效率。

感應(yīng)加熱

感應(yīng)加熱應(yīng)用需要高頻開關(guān)和高功率輸出，UF3C120040K4S的快速開關(guān)速度和高功率處理能力，能夠滿足感應(yīng)加熱的需求。

電氣特性

最大額定值

電氣特性（(T_{J}= +25 °C)，除非另有說明）

• 靜態(tài)特性
  • 漏源擊穿電壓 (BV{DS})：在 (V{GS}=0 V, I_{D}=1 mA) 時，最小值為1200 V。
  • 總漏極泄漏電流 (I{OSS})：在 (V{DS}=1200 V, V{GS}=0 V, T{J}=25 °C) 時，典型值為8 μA；在 (T_{J}=175 °C) 時，典型值為35 μA。
  • 總柵極泄漏電流 (I{GS})：在 (V{GS}=-20 V / +20 V, T_{J}=25 °C) 時，典型值為6 μA。
  • 漏源導(dǎo)通電阻 (R{DS(on)})：在 (V{GS}=12 V, I{D}=40 A, T{J}=25 °C) 時，典型值為35 mΩ；在 (T{J}=125 °C) 時，典型值為56 mΩ；在 (T{J}=175 °C) 時，典型值為73 mΩ。
  • 柵極閾值電壓 (V{G(th)})：在 (V{DS}=5 V, I_{D}=10 mA) 時，典型值為5 V。
  • 柵極電阻 (R_{G})：在 (f = 1 MHz)，漏極開路時，典型值為4.5 Ω。
• 反向二極管特性
  • 二極管連續(xù)正向電流 (I{S})：在 (T{C}=25 °C) 時，典型值為65 A。
  • 二極管脈沖電流 (I{S.pulse})：在 (T{C}=25 °C) 時，典型值為175 A。
  • 正向電壓 (V{FSD})：在 (V{GS}=0 V, I{S}=20 A, T{J}=25 °C) 時，典型值為2 V；在 (T_{J}=175 °C) 時，典型值為1.95 V。
  • 反向恢復(fù)電荷 (Q{rr})：在 (V{DS}=800 V, I{S}=40 A, V{GS}=-5 V, R{G_EXT}=10 Ω, di/dt = 2400 A/μs, T{J}=25 °C) 時，典型值為358 nC；在 (T_{J}=150 °C) 時，典型值為259 nC。
  • 反向恢復(fù)時間 (t{rr})：在 (T{J}=25 °C) 時，典型值為25 ns；在 (T_{J}=150 °C) 時，典型值為22 ns。
• 動態(tài)特性
  • 輸入電容 (C{iss})：在 (V{DS}=100 V, V_{GS}=0 V, f = 100 kHz) 時，典型值為1500 pF。
  • 輸出電容 (C_{oss})：典型值為210 pF。
  • 反向傳輸電容 (C_{rss})：典型值為1.7 pF。
  • 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，典型值為112 pF。
  • 有效輸出電容（時間相關(guān)） (C{oss(tr)})：在 (V{DS}=0 V) 到 (800 V, V_{GS}=0 V) 時，典型值為280 pF。
  • (C{oss}) 存儲能量 (E{oss})：在 (V{DS}=800 V, V{GS}=0 V) 時，典型值為35.6 μJ。
  • 總柵極電荷 (Q{g})：在 (V{DS}=800 V, I{D}=40 A, V{GS}=-5 V) 到12 V時，典型值為43 nC。
  • 柵漏電荷 (Q_{GD})：典型值為11 nC。
  • 柵源電荷 (Q_{GS})：典型值為19 nC。
  • 導(dǎo)通延遲時間 (t{d(on)})：在 (V{DS}=800 V, I{D}=40 A)，柵極驅(qū)動器從 -5 V到 +12 V，導(dǎo)通 (R{G,EXT}=8.5 Ω)，關(guān)斷 (R{G,EXT}=20 Ω)，感性負(fù)載，F(xiàn)WD：相同器件 (V{GS}=-5 V, R{G}=10 Ω, T{J}=25 °C) 時，典型值為24 ns；在 (T_{J}=150 °C) 時，典型值為23 ns。
  • 上升時間 (t{r})：在 (T{J}=25 °C) 時，典型值為27 ns；在 (T_{J}=150 °C) 時，典型值為24 ns。
  • 關(guān)斷延遲時間 (t{d(off)})：在 (T{J}=25 °C) 和 (T_{J}=150 °C) 時，典型值均為50 ns。
  • 下降時間 (t{f})：在 (T{J}=25 °C) 時，典型值為10 ns；在 (T_{J}=150 °C) 時，典型值為9 ns。
  • 導(dǎo)通能量 (E{ON})：在 (T{J}=25 °C) 時，典型值為780 μJ；在 (T_{J}=150 °C) 時，典型值為668 μJ。
  • 關(guān)斷能量 (E{OFF})：在 (T{J}=25 °C) 時，典型值為195 μJ；在 (T_{J}=150 °C) 時，典型值為134 μJ。
  • 總開關(guān)能量 (E{TOTAL})：在 (T{J}=25 °C) 時，典型值為975 μJ；在 (T_{J}=150 °C) 時，典型值為802 μJ。

典型性能圖表

文檔中提供了一系列典型性能圖表，包括不同溫度下的輸出特性、導(dǎo)通電阻與溫度的關(guān)系、柵極電荷特性、反向恢復(fù)電荷與結(jié)溫的關(guān)系等。這些圖表直觀地展示了器件在不同條件下的性能表現(xiàn)，為工程師的設(shè)計提供了重要參考。

應(yīng)用信息

SiC共源共柵器件是由高壓SiC耗盡型JFET和低壓硅MOSFET串聯(lián)組成的增強(qiáng)型功率開關(guān)。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)和開關(guān)損耗。

此外，SiC共源共柵器件還具有出色的反向?qū)芰?，無需外部反并聯(lián)二極管。但需要注意的是，由于其高dv/dt和di/dt速率，建議進(jìn)行合理的PCB布局設(shè)計，以最小化電路寄生參數(shù)。在共源共柵器件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。

訂購信息

該器件的型號為UF3C120040K4S，采用TO247 - 4封裝，尺寸為15.90x20.96x5.03，5.44P，每管600個。

機(jī)械尺寸

文檔中詳細(xì)給出了TO247 - 4封裝的機(jī)械尺寸，包括各個引腳的尺寸和公差等信息，為工程師進(jìn)行PCB設(shè)計提供了準(zhǔn)確的依據(jù)。

綜上所述，onsemi的UF3C120040K4S碳化硅共源共柵JFET以其卓越的性能和豐富的特性，在電力電子領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。作為電子工程師，我們在設(shè)計過程中可以充分利用這些特性，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。大家在實際應(yīng)用中有沒有遇到過類似器件的問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。