安森美SiC共源共柵JFET：高性能功率開關(guān)的理想之選
安森美SiC共源共柵JFET：高性能功率開關(guān)的理想之選
在電子工程師的日常工作中，選擇合適的功率開關(guān)器件對于設(shè)計(jì)的成功至關(guān)重要。今天，我們來深入了解一下安森美（onsemi）的一款高性能產(chǎn)品——UF3C065040K3S碳化硅（SiC）共源共柵JFET。
文件下載：UF3C065040K3S-D.PDF
產(chǎn)品概述
安森美的這款共源共柵產(chǎn)品將高性能的第三代SiC 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(dòng)的SiC器件。該系列不僅具有超低的柵極電荷，而且在同類額定值的器件中擁有最佳的反向恢復(fù)特性。這使得它在搭配推薦的RC緩沖器使用時(shí)，非常適合用于切換電感負(fù)載，以及任何需要標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)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}) 為42 mΩ，能夠有效降低導(dǎo)通損耗，提高系統(tǒng)效率。
寬溫度范圍
最大工作溫度可達(dá)175°C，展現(xiàn)出了出色的熱穩(wěn)定性，適用于各種惡劣的工作環(huán)境。
優(yōu)異的反向恢復(fù)特性
能夠快速恢復(fù)，減少反向恢復(fù)時(shí)間和反向恢復(fù)電荷，降低開關(guān)損耗。
低柵極電荷和固有電容
有助于減少開關(guān)過程中的能量損耗，提高開關(guān)速度。
ESD保護(hù)
達(dá)到HBM 2類標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)了器件的抗靜電能力，提高了產(chǎn)品的可靠性。
極低的開關(guān)損耗
在典型工作條件下，所需的RC緩沖器損耗可忽略不計(jì)。
環(huán)保設(shè)計(jì)
該器件無鉛、無鹵素，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，體現(xiàn)了安森美對環(huán)保的重視。
典型應(yīng)用
電動(dòng)汽車充電
隨著電動(dòng)汽車的普及，高效的充電系統(tǒng)變得至關(guān)重要。這款SiC共源共柵JFET的低導(dǎo)通電阻和低開關(guān)損耗特性，能夠提高充電效率，縮短充電時(shí)間。
光伏逆變器
在光伏系統(tǒng)中，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提高逆變器的效率和可靠性，從而提高整個(gè)光伏系統(tǒng)的發(fā)電效率。
開關(guān)模式電源
開關(guān)模式電源廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。該器件的低損耗特性可以降低電源的功耗，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)校正模塊可以提高電力系統(tǒng)的功率因數(shù)，減少能源浪費(fèi)。該器件的優(yōu)異性能可以提高功率因數(shù)校正模塊的效率和性能。
電機(jī)驅(qū)動(dòng)
在電機(jī)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中，該器件可以提供快速的開關(guān)速度和低損耗，提高電機(jī)的效率和性能。
感應(yīng)加熱
感應(yīng)加熱技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)加熱領(lǐng)域。該器件的高性能可以提高感應(yīng)加熱系統(tǒng)的效率和加熱速度。
電氣特性
最大額定值
| 參數(shù) | 符號(hào) | 測試條件 | 值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| 漏源電壓 | (V_{DS}) | 650 | V | |
| 柵源電壓 | (V_{GS}) | DC | -25 to +25 | V |
| 連續(xù)漏極電流（注1） | (I_{D}) | (T_{C} = 25^{circ}C) | 54 | A |
| (T_{C} = 100^{circ}C) | 40 | A | ||
| 脈沖漏極電流（注2） | (I_{DM}) | (T_{C} = 25^{circ}C) | 125 | A |
| 單脈沖雪崩能量（注3） | (E_{AS}) | (L = 15 mH, I_{AS} = 3.19 A) | 76 | mJ |
| 功率耗散 | (P_{tot}) | (T_{C} = 25^{circ}C) | 326 | W |
| 最大結(jié)溫 | (T_{J,max}) | 175 | °C | |
| 工作和存儲(chǔ)溫度 | (T{J}, T{STG}) | -55 to 175 | °C | |
| 焊接時(shí)最大引腳溫度（距外殼1/8英寸，5秒） | (T_{L}) | 250 | °C |
注：
- 受 (T_{J, max}) 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(hào) | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 結(jié)到外殼的熱阻 | (R_{θJC}) | 0.35 | 0.46 | °C/W |
電氣特性（除非另有說明，(T_{J}=+25^{circ}C)）
靜態(tài)特性
| 參數(shù) | 符號(hào) | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 漏源擊穿電壓 | (B_{VDS}) | (V{GS}=0 V, I{D}=1 mA) | 650 | V | |||
| 總漏極泄漏電流 | (I_{DSS}) | (V{DS}=650 V, V{GS}=0 V, T_{J}=25^{circ}C) | 0.7 | 150 | μA | ||
| (V{DS}=650 V, V{GS}=0 V, T_{J}=175^{circ}C) | 10 | ||||||
| 總柵極泄漏電流 | (I_{GSS}) | (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}=12V, I{D}=40A) (T_{J}=25^{circ}C) | 42 | 52 | mΩ | ||
| (T_{J}=125^{circ}C) | 59 | ||||||
| (T_{J}=175^{circ}C) | 78 | ||||||
| 柵極閾值電壓 | (V_{G(th)}) | (V{DS}=5 V, I{D}=10 mA) | 4 | 5 | 6 | V | |
| 柵極電阻 | (R_{G}) | (f = 1 MHz)，開漏 | 4.5 | Ω |
反向二極管特性
| 參數(shù) | 符號(hào) | 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（注4） | (I_{S}) | (T_{C}=25^{circ}C) | 54 | A | ||
| 二極管脈沖電流（注5） | (I_{S,pulse}) | (T_{C}=25^{circ}C) | 125 | A | ||
| 正向電壓 | (V_{FSD}) | (V{GS}=0 V, I{F}=20 A, T_{J}=25^{circ}C) | 1.5 | 1.75 | V | |
| (V{GS}=0 V, I{S}=20 A, T_{J}=175^{circ}C) | 1.8 | |||||
| 反向恢復(fù)電荷 | (Q_{rr}) | (V{DS}=400 V, I{F}=40 A, V{GS}=-5 V)，(R{G EXT}=20 Omega)，(di/dt = 1100 A/μs)，(T_{J}=25^{circ}C) | 138 | nC | ||
| 反向恢復(fù)時(shí)間 | (t_{rr}) | 38 | ns | |||
| 反向恢復(fù)電荷 | (Q_{rr}) | (V{DS}=400 V, I{F}=40 A, V{GS}=-5 V)，(R{G EXT}=20 Omega)，(di/dt = 1100 A/μs)，(T_{J}=150^{circ}C) | 137 | nC | ||
| 反向恢復(fù)時(shí)間 | (t_{rr}) | 38 | ns |
注：
- 受 (T_{J, max}) 限制。
- 脈沖寬度 (t{p}) 受 (T{J, max}) 限制。
動(dòng)態(tài)特性
| 參數(shù) | 符號(hào) | 測試條件 | 最小值 | 典型值 | 最大值 | 單位 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 輸入電容 | (C_{iss}) | (V{DS}=100 V, V{GS}=0 V) | 1500 | pF | ||
| 輸出電容 | (C_{oss}) | (f = 100 kHz) | 200 | pF | ||
| 反向傳輸電容 | (C_{rss}) | 2.2 | pF | |||
| 與能量相關(guān)的有效輸出電容 | (C_{oss(er)}) | (V{DS}=0 V) 到 (400 V)，(V{GS}=0 V) | 146 | pF | ||
| 與時(shí)間相關(guān)的有效輸出電容 | (C_{oss(tr)}) | 325 | pF | |||
| (C_{oss}) 存儲(chǔ)能量 | (E_{oss}) | (V{DS}=400 V, V{GS}=0 V) | 11.7 | μJ | ||
| 總柵極電荷 | (Q_{G}) | (V{DS}=400 V, I{D}=40 A) | 51 | nC | ||
| 柵漏電荷 | (Q_{GD}) | (V_{GS}=-5 V) 到 (15 V) | 11 | nC | ||
| 柵源電荷 | (Q_{GS}) | (V{DS}=400 V, I{D}=40 A) 柵極驅(qū)動(dòng)器 = -5V 到 +15V，導(dǎo)通 (R{G, EXT}=1.8 Omega)，關(guān)斷 (R{G, EXT}=22 Omega)，電感負(fù)載，F(xiàn)WD：相同器件 (V{GS}=-5 V)，(R{G}=22 Omega)，RC緩沖器：(R{S}=5 Omega)，(C{S}=150 pF)，(T_{J}=25^{circ}C) | 19 | nC | ||
| 導(dǎo)通延遲時(shí)間 | (t_{d(on)}) | 35 | ns | |||
| 上升時(shí)間 | (t_{r}) | 24 | ns | |||
| 關(guān)斷延遲時(shí)間 | (t_{d(off)}) | 57 | ns | |||
| 下降時(shí)間 | (t_{f}) | 14 | ns | |||
| 包括 (R_{S}) 能量的導(dǎo)通能量（注6） | (E_{ON}) | 500 | μJ | |||
| 包括 (R_{S}) 能量的關(guān)斷能量（注6） | (E_{OFF}) | 118 | μJ | |||
| 包括 (R_{S}) 能量的總開關(guān)能量（注6） | (E_{TOTAL}) | 618 | μJ | |||
| 導(dǎo)通時(shí)緩沖器 (R_{S}) 能量 | (E_{RS ON}) | 1.7 | μJ | |||
| 關(guān)斷時(shí)緩沖器 (R_{S}) 能量 | (E_{RS OFF}) | 4.5 | μJ | |||
| 導(dǎo)通延遲時(shí)間 | (t_{d(on)}) | (V{DS}=400 V, I{D}=40 A) 柵極驅(qū)動(dòng)器 = -5V 到 +15V，導(dǎo)通 (R{G, EXT}=1.8 Omega)，關(guān)斷 (R{G, EXT}=22 Omega)，電感負(fù)載，F(xiàn)WD：相同器件 (V{GS}=-5 V)，(R{G}=22 Omega)，RC緩沖器：(R{S}=5 Omega)，(C{S}=150 pF)，(T_{J}=150^{circ}C) | 35 | ns | ||
| 上升時(shí)間 | (t_{r}) | 22 | ns | |||
| 關(guān)斷延遲時(shí)間 | (t_{d(off)}) | 60 | ns | |||
| 下降時(shí)間 | (t_{f}) | 13 | ns | |||
| 包括 (R_{S}) 能量的導(dǎo)通能量（注6） | (E_{ON}) | 479 | μJ | |||
| 包括 (R_{S}) 能量的關(guān)斷能量（注6） | (E_{OFF}) | 124 | μJ | |||
| 包括 (R_{S}) 能量的總開關(guān)能量（注6） | (E_{TOTAL}) | 603 | μJ | |||
| 導(dǎo)通時(shí)緩沖器 (R_{S}) 能量 | (E_{RS ON}) | 1.8 | μJ | |||
| 關(guān)斷時(shí)緩沖器 (R_{S}) 能量 | (E_{RS OFF}) | 5.3 | μJ |
注：
- 開關(guān)性能是通過如圖29所示的RC緩沖器電路進(jìn)行評估的。
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、柵極電荷特性、第三象限特性、電容特性、功率耗散、安全工作區(qū)、反向恢復(fù)電荷與結(jié)溫的關(guān)系等。這些圖表可以幫助工程師更好地了解器件的性能，從而進(jìn)行更合理的設(shè)計(jì)。
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。這種單封裝的器件組合不僅與標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)器兼容，而且在低導(dǎo)通電阻（(R{DS(on)})）、輸出電容（(C{oss})）、柵極電荷（(Q{g})）和反向恢復(fù)電荷（(Q{rr})）等方面表現(xiàn)出色，從而降低了導(dǎo)通和開關(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。
和其他高性能功率開關(guān)一樣，由于該器件具有較高的dv/dt和di/dt速率，強(qiáng)烈建議進(jìn)行合理的PCB布局設(shè)計(jì)，以最小化電路寄生參數(shù)。當(dāng)FET工作在二極管模式時(shí)，建議使用外部柵極電阻，以實(shí)現(xiàn)最佳的反向恢復(fù)性能。如需了解更多關(guān)于SiC FET操作的信息，請?jiān)L問www.onsemi.com。
訂購信息
| 零件編號(hào) | 標(biāo)記 | 封裝 | 包裝 |
|---|---|---|---|
| UF3C065040K3S | UF3C065040K3S | TO247 - 3（無鉛、無鹵素） | 600 / 管 |
機(jī)械尺寸
文檔還提供了TO247 - 3封裝的機(jī)械尺寸信息，包括各個(gè)尺寸的最小值、標(biāo)稱值和最大值，以及一些相關(guān)的注意事項(xiàng)。這些信息對于PCB設(shè)計(jì)和器件安裝非常重要。
總結(jié)
安森美的UF3C065040K3S碳化硅共源共柵JFET以其優(yōu)異的性能和豐富的特性，為電子工程師在設(shè)計(jì)高性能功率開關(guān)電路時(shí)提供了一個(gè)理想的選擇。無論是在電動(dòng)汽車充電、光伏逆變器、開關(guān)模式電源等應(yīng)用領(lǐng)域，還是在其他需要高效功率轉(zhuǎn)換的場景中，該器件都能夠發(fā)揮出其獨(dú)特的優(yōu)勢。作為電子工程師，我們在選擇器件時(shí)，需要綜合考慮器件的性能、應(yīng)用場景和成本等因素。那么，你在實(shí)際項(xiàng)目中是否使用過類似的SiC器件呢？在使用過程中遇到過哪些問題？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解
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安森美SiC JFET共源共柵結(jié)構(gòu)詳解
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