onsemi碳化硅共源共柵JFET——UF3C120040K3S深度解析

在電子工程師的日常設(shè)計工作中，功率器件的選擇至關(guān)重要，它直接影響著整個電路的性能和穩(wěn)定性。今天，我們就來深入探討一下onsemi推出的一款高性能碳化硅（SiC）共源共柵JFET——UF3C120040K3S。

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產(chǎn)品概述

UF3C120040K3S是一款基于獨特“共源共柵”電路配置的SiC FET器件。它將常開型SiC JFET與Si MOSFET共同封裝，從而實現(xiàn)了常關(guān)型SiC FET器件。這種設(shè)計使得該器件具有標準的柵極驅(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“直接替代”。它采用TO247 - 3封裝，具有超低的柵極電荷和出色的反向恢復(fù)特性，非常適合與推薦的RC緩沖器配合使用來切換感性負載，以及任何需要標準柵極驅(qū)動的應(yīng)用。

產(chǎn)品特性

低導(dǎo)通電阻

典型導(dǎo)通電阻 (R_{DS(on), typ}) 僅為35mΩ，這意味著在導(dǎo)通狀態(tài)下，器件的功率損耗較低，能夠有效提高電路的效率。在實際應(yīng)用中，低導(dǎo)通電阻可以減少發(fā)熱，延長器件的使用壽命。

寬溫度范圍

最大工作溫度可達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。對于一些高溫環(huán)境的應(yīng)用場景，如工業(yè)控制、汽車電子等，這款器件具有很大的優(yōu)勢。

出色的反向恢復(fù)特性

具有優(yōu)秀的反向恢復(fù)性能，能夠快速恢復(fù)到截止狀態(tài)，減少反向恢復(fù)損耗。這對于高頻開關(guān)應(yīng)用非常重要，可以提高開關(guān)頻率，減小電路中的濾波器尺寸。

低柵極電荷和低固有電容

低柵極電荷和低固有電容使得器件的開關(guān)速度更快，開關(guān)損耗更低。在高頻開關(guān)電路中，這可以顯著提高電路的效率和性能。

ESD保護

具備ESD保護功能，HBM Class 2等級，能夠有效防止靜電對器件的損害，提高器件的可靠性。

環(huán)保設(shè)計

該器件是無鉛、無鹵素的，并且符合RoHS標準，符合環(huán)保要求。

典型應(yīng)用

電動汽車充電

在電動汽車充電領(lǐng)域，需要高效、可靠的功率器件來實現(xiàn)快速充電。UF3C120040K3S的低導(dǎo)通電阻和低開關(guān)損耗特性，能夠提高充電效率，減少能量損耗。

光伏逆變器

光伏逆變器需要將直流電轉(zhuǎn)換為交流電，對功率器件的性能要求較高。該器件的高耐壓和低損耗特性，能夠提高逆變器的效率和穩(wěn)定性。

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)特性和低損耗特性可以提高電源的效率和功率密度。

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)。UF3C120040K3S的高性能特性能夠滿足這一需求。

電機驅(qū)動

電機驅(qū)動需要快速響應(yīng)和高效的功率轉(zhuǎn)換，該器件的低導(dǎo)通電阻和高開關(guān)速度能夠滿足電機驅(qū)動的要求。

感應(yīng)加熱

感應(yīng)加熱需要高頻開關(guān)來產(chǎn)生交變磁場，UF3C120040K3S的高頻特性能夠滿足感應(yīng)加熱的需求。

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。
3. 起始 (T_{J}=25^{circ}C)。

典型性能 - 靜態(tài)特性

在不同的測試條件下，器件的各項靜態(tài)特性表現(xiàn)如下：

• 漏源擊穿電壓：當(dāng) (V{GS}=0 V)，(I{D}=1 mA) 時，有相應(yīng)的測試值。
• 總漏極泄漏電流：在 (V{DS}=1200 V)，(V{GS}=0 V)，(T{J}=25^{circ}C) 時，最大值為8μA；當(dāng) (T{J}=175^{circ}C) 時，最大值為35μA。
• 總柵極泄漏電流：最大值為6μA。
• 漏源導(dǎo)通電阻：在不同溫度下有不同的值，如 (T{J}=125^{circ}C) 和 (T{J}=175^{circ}C) 時，導(dǎo)通電阻會發(fā)生變化。

典型性能 - 反向二極管特性

• 二極管脈沖電流：在不同的測試條件下，如 (V{GS}=0 V)，(I{S}=20 A)，(T_{J}=25^{circ}C) 時，有相應(yīng)的脈沖電流值。
• 反向恢復(fù)電荷 (Q_{rr})：在特定的測試條件下，如 (V{DS}=800 V)，(I{S}=40 A)，(V{GS}=-5 V)，(R{G_{-}EXT}=10 Omega)，(di / dt=2400 A / mu s) 時，有相應(yīng)的反向恢復(fù)電荷值。

電容特性

• 輸入電容 (C_{iss})：在 (V{DS}=100 V)，(V{GS}=0 V) 時，典型值為1500pF。
• 輸出電容 (C_{oss})：在 (f = 100 kHz) 時，有相應(yīng)的值。
• 反向傳輸電容 (C_{rss})：有相應(yīng)的測試值。
• 有效輸出電容（能量相關(guān)） (C_{oss(er)})：在 (V{DS}=0 V) 至 (800 V)，(V{GS}=0 V) 時，有相應(yīng)的值。
• 有效輸出電容（時間相關(guān)） (C_{oss(tr)})：有相應(yīng)的值。

開關(guān)特性

在不同的測試條件下，器件的開關(guān)特性如下：

• 總柵極電荷 (Q_{G})：在 (V{DS}=800 V)，(I{D}=40 A) 時，典型值為51nC。
• 柵漏電荷 (Q_{GD})：在 (V_{GS}=-5 V) 至 (15 V) 時，有相應(yīng)的值。
• 柵源電荷：在特定的測試條件下，有相應(yīng)的值。
• 導(dǎo)通延遲時間 (t_{d(on)})、上升時間 (t_{r})、關(guān)斷延遲時間 (t_{d(off)})、下降時間 (t_{f}) 等都有相應(yīng)的測試值。
• 導(dǎo)通能量 (E_{ON})、關(guān)斷能量 (E_{OFF})、總開關(guān)能量 (E_{TOTAL}) 等也都有相應(yīng)的測試值。

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、轉(zhuǎn)移特性、閾值電壓與結(jié)溫的關(guān)系、柵極電荷特性、第三象限特性、電容特性、直流漏極電流降額曲線、總功率耗散曲線、最大瞬態(tài)熱阻抗曲線、安全工作區(qū)曲線、反向恢復(fù)電荷與結(jié)溫的關(guān)系、鉗位電感開關(guān)能量與漏極電流的關(guān)系等。這些圖表能夠幫助工程師更直觀地了解器件的性能，為電路設(shè)計提供參考。

應(yīng)用信息

SiC FET是由高壓SiC耗盡型JFET和低壓硅MOSFET串聯(lián)形成的增強型功率開關(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準柵極驅(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)電荷等方面具有出色的性能，從而降低了導(dǎo)通和開關(guān)損耗。此外，SiC FET還具有出色的反向?qū)芰?，無需外部反并聯(lián)二極管。

在使用該器件時，由于其具有較高的dv/dt和di/dt速率，強烈建議進行適當(dāng)?shù)?a href="http://m.sdkjxy.cn/v/tag/82/" target="_blank">PCB布局設(shè)計，以最小化電路寄生參數(shù)。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。

訂購信息

機械尺寸

文檔中還提供了TO247 - 3封裝的機械尺寸信息，包括各個尺寸的最小值、標稱值和最大值，以及相關(guān)的公差和標準要求。這對于PCB設(shè)計和機械安裝非常重要。

綜上所述，onsemi的UF3C120040K3S碳化硅共源共柵JFET是一款性能出色、應(yīng)用廣泛的功率器件。電子工程師在設(shè)計電路時，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，充分利用該器件的特性，提高電路的性能和可靠性。你在實際應(yīng)用中是否使用過類似的器件呢？遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。