onsemi UJ4C075023L8S碳化硅Cascode JFET深度解析

引言

在电力电子领域，碳化硅（SiC）器件凭借其卓越的性能逐渐成为主流。今天，我们要深入探讨的是安森美（onsemi）的一款750V、23mΩ的SiC FET——UJ4C075023L8S。这款器件采用独特的“共源共栅”电路配置，具有诸多出色特性，为众多应用场景提供了高效的解决方案。

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产品概述

UJ4C075023L8S是一款750V、23mΩ的G4 SiC FET。它基于独特的“共源共栅”电路结构，将常开型SiC JFET与Si MOSFET封装在一起，形成常关型SiC FET器件。这种设计使得该器件具有标准的栅极驱动特性，在替换Si IGBT、Si FET、SiC MOSFET或Si超结器件时，只需进行最小程度的重新设计，就能使用现成的栅极驱动器。它采用H - PDSO - F8封装，具有超低的栅极电荷和出色的反向恢复特性，非常适合用于开关感性负载以及任何需要标准栅极驱动的应用。

产品特性

电气性能

• 导通电阻低：典型导通电阻 (R_{DS(on)}) 为23mΩ，低导通电阻意味着在导通状态下的功率损耗更小，能有效提高系统效率。
• 宽工作温度范围：最大工作温度可达175°C，这使得它能在较为恶劣的环境条件下稳定工作。
• 出色的反向恢复特性：反向恢复电荷 (Q_{rr}=122nC)，能减少反向恢复过程中的损耗，提高开关速度。
• 低体二极管正向压降：体二极管正向压降 (V_{FSD}=1.23V)，降低了二极管导通时的功率损耗。
• 低栅极电荷：栅极电荷 (Q_{G}=37.8nC)，有助于降低驱动功耗，提高开关速度。
• 合适的阈值电压：阈值电压 (V_{G(th)}) 典型值为4.8V，允许0 - 15V的驱动电压，方便与常见的驱动电路匹配。
• 低固有电容：具有较低的输入电容 (C{iss})、输出电容 (C{oss}) 和反向传输电容 (C_{rss})，减少了开关过程中的充放电损耗。
• ESD保护：具备HBM Class 2和CDM Class C3的静电放电保护能力，增强了器件的可靠性。

封装优势

采用H - PDSO - F8封装，这种封装有利于实现更快的开关速度和更干净的栅极波形，同时该器件符合无铅、无卤和RoHS标准，环保性能良好。

产品参数

最大额定值

参数	符号	测试条件	值	单位
漏源电压	(V_{DS})		750	V
栅源电压（DC）	(V_{GS})	DC	-20 to +20	V
栅源电压（AC，f > 1Hz）	(V_{GS})	AC (f > 1 Hz)	-25 to +25	V
连续漏极电流（(T_{C}=25^{circ}C)）	(I_{D})	(T_{C}=25^{circ}C)	64	A
连续漏极电流（(T_{C}=100^{circ}C)）	(I_{D})	(T_{C}=100^{circ}C)	46	A
脉冲漏极电流（(T_{C}=25^{circ}C)）	(I_{DM})	(T_{C}=25^{circ}C)	196	A
单脉冲雪崩能量	(E_{AS})	(L = 15mH)，(I_{AS}=3A)	67	mJ
SiC FET dv/dt鲁棒性	(dv/dt)	(V_{DS}leq500V)	150	V/ns
功率耗散（(T_{C}=25^{circ}C)）	(P_{tot})	(T_{C}=25^{circ}C)	278	W
最大结温	(T_{J,max})		175	°C
工作和存储温度	(T{J}, T{STG})		-55 to 175	°C
回流焊接温度	(T_{solder})	Reflow MSL 1	260	°C

热特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
结到外壳的热阻	(R_{JC})			0.42	0.54	°C/W

电气特性

在不同测试条件下，该器件的各项电气参数表现如下：

• 静态特性：如漏源击穿电压 (BV{DS}) 在 (V{GS}=0V)，(I{D}=1mA) 时为750V；总漏极泄漏电流 (I{DSS}) 在不同温度和电压条件下有不同的值等。
• 反向二极管特性：二极管连续正向电流 (I{S}) 在 (T{C}=25^{circ}C) 时为64A；正向电压 (V_{FSD}) 在不同温度和电流条件下有所变化等。
• 动态特性：输入电容 (C{iss})、输出电容 (C{oss})、反向传输电容 (C_{rss}) 等电容参数，以及开关时间、开关能量等参数都有详细的测试数据。

典型应用

该器件适用于多种应用场景，包括但不限于：

• 电动汽车充电：高效的开关性能和低损耗特性有助于提高充电效率，减少发热。
• 光伏逆变器：能够应对高电压和高频开关的需求，提高光伏系统的转换效率。
• 开关模式电源：降低电源的功耗，提高电源的稳定性和可靠性。
• 功率因数校正模块：改善功率因数，减少谐波干扰。
• 电机驱动：实现快速的电机控制和高效的能量转换。
• 感应加热：提供快速的加热响应和高效的能量利用。

设计建议

PCB布局

由于该器件具有较高的dv/dt和di/dt速率，为了减少电路寄生参数的影响，强烈建议进行合理的PCB布局设计。例如，尽量缩短栅极驱动线路的长度，减少寄生电感和电容。

外部栅极电阻

当FET工作在二极管模式时，建议使用外部栅极电阻，以实现最佳的反向恢复性能。

缓冲电路

使用具有小 (R{(G)}) 的缓冲电路可以提供更好的EMI抑制效果，同时具有更高的效率。与使用高 (R{(G)}) 值相比，小 (R{(G)}) 能更好地控制关断时的 (V{(DS)}) 峰值尖峰和振铃持续时间，并且总开关损耗更小。

总结

UJ4C075023L8S作为一款高性能的SiC FET，凭借其独特的共源共栅结构、出色的电气性能和封装优势，在多个应用领域展现出巨大的潜力。电子工程师在设计相关电路时，可以充分利用该器件的特性，提高系统的性能和效率。同时，在实际应用中，要注意PCB布局、外部栅极电阻和缓冲电路等方面的设计，以确保器件的稳定运行。大家在使用这款器件的过程中，有没有遇到什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。