onsemi UF4C120070B7S碳化硅场效应管：高性能与可靠性的完美结合

在电子工程师的日常工作中，选择合适的功率器件至关重要。今天，我们来深入探讨 onsemi 推出的 UF4C120070B7S碳化硅（SiC）场效应管，看看它在实际应用中能为我们带来哪些优势。

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产品概述

UF4C120070B7S 是一款 1200V、72mΩ 的 G4 SiC FET，采用独特的“共源共栅”电路配置，将常开型 SiC JFET 与 Si MOSFET 封装在一起，形成了常闭型 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 超结器件或 SiC MOSFET 时，只需进行最小限度的重新设计，就能使用现成的栅极驱动器。它采用节省空间的 TO - 263 - 7 封装，支持自动化组装，具有超低的栅极电荷和出色的反向恢复特性，非常适合用于开关电感负载以及任何需要标准栅极驱动的应用。

产品特性

低导通电阻与高温性能

该器件的导通电阻 (R_{DS(on)}) 典型值为 72mΩ，这意味着在导通状态下，器件的功率损耗较小，能够提高系统的效率。同时，它的最高工作温度可达 175°C，这使得它在高温环境下也能稳定工作，扩大了其应用范围。

出色的反向恢复特性

反向恢复电荷 (Q_{rr}=101nC)，反向恢复时间短，这有助于减少开关损耗，提高开关速度，降低电磁干扰（EMI）。在实际应用中，这一特性可以让电路的性能更加稳定，减少系统中的噪声。

低体二极管压降

体二极管正向压降 (V_{FSD}) 为 1.43V，较低的压降可以降低在反向导通时的功率损耗，进一步提高系统效率。

低栅极电荷

栅极电荷 (Q_{G}=37.8nC)，这使得栅极驱动所需的能量较少，能够降低驱动电路的功耗，提高系统的整体效率。

静电保护

该器件具有 ESD 保护功能，达到 HBM Class 2 和 CDM Class C3 标准，这可以有效防止静电对器件造成损坏，提高器件的可靠性。

典型应用

电动汽车充电

在电动汽车充电领域，对功率器件的性能要求很高。UF4C120070B7S 的高电压、低导通电阻和出色的开关性能，能够满足快速充电的需求，提高充电效率，减少充电时间。

光伏逆变器

在光伏逆变器中，该器件可以提高能量转换效率，降低系统损耗。其高温性能和稳定性也能适应不同的环境条件，确保光伏系统的可靠运行。

开关模式电源和功率因数校正模块

在开关模式电源和功率因数校正模块中，UF4C120070B7S 的低导通电阻和快速开关特性可以减少开关损耗，提高电源的效率和功率密度。

感应加热

在感应加热应用中，该器件的高开关速度和低损耗特性能够提高加热效率，实现精确的温度控制。

电气特性

最大额定值

参数	符号	测试条件	值	单位
漏源电压	(V_{DS})		1200	V
栅源电压	(V_{GS})	DC	-20 至 +20	V
	AC (f > 1Hz)	-25 至 +25	V
连续漏极电流（注 1）	(I_{D})	(T_{C}=25°C)	25.7	A
	(T_{C}=100°C)	19.2	A
脉冲漏极电流（注 2）	(I_{DM})	(T_{C}=25°C)	76	A
单脉冲雪崩能量（注 3）	(E_{AS})	(L = 15mH)，(I_{AS}=2.2A)	36	mJ
SiC FET dv/dt 鲁棒性	(dv/dt)	(V_{DS}≤800V)	200	V/ns
功率耗散	(P_{tot})	(T_{C}=25°C)	183	W
最大结温	(T_{J,max})		175	°C
工作和储存温度	(T{J}, T{STG})		-55 至 175	°C
回流焊接温度	(T_{solder})	回流 MSL 1	245	°C

注：

1. 受 (T_{J, max}) 限制。
2. 脉冲宽度 (t{p}) 受 (T{J, max}) 限制，起始 (T_{J}=25°C)。
3. ……

静态特性

在不同的温度和测试条件下，器件的各项静态特性表现不同。例如，在 (V{GS}=12V)，(I{D}=20A)，(T{J}=25°C) 时，漏源导通电阻 (R{DS(on)}) 典型值为 72mΩ；而当 (T{J}=125°C) 时，(R{DS(on)}) 变为 140mΩ；当 (T{J}=175°C) 时，(R{DS(on)}) 进一步增加到 197mΩ。这表明随着温度的升高，导通电阻会增大，在设计电路时需要考虑这一因素对系统性能的影响。

反向二极管特性

反向二极管的连续正向电流、脉冲电流、正向电压、反向恢复电荷和反向恢复时间等特性，对于评估器件在反向导通时的性能至关重要。例如，在 (T{C}=25°C) 时，二极管连续正向电流为 25.7A，脉冲电流为 76A；在 (I{S}=10A)，(T{J}=25°C)，(V{GS}=0V) 时，正向电压 (V_{FSD}) 为 1.43V 至 1.64V。

动态特性

器件的动态特性包括输入电容、输出电容、反向传输电容、总栅极电荷、开关时间和开关能量等。这些特性决定了器件的开关速度和开关损耗。例如，在 (V{DS}=800V)，(I{D}=20A)，(V{GS}=0V) 至 15V 时，总栅极电荷 (Q{G}=37.8nC)；在 (V{DS}=800V)，(I{D}=20A)，栅极驱动器为 -5V 至 +15V，(R{G ON}=10Ω)，(R{G OFF}=50Ω)，(T{J}=25°C) 时，导通延迟时间 (t{d(on)}) 为 20ns，上升时间 (t_{r}) 为 32ns。

应用信息

共源共栅结构优势

SiC FET 由高压 SiC 耗尽型 JFET 和低压硅 MOSFET 串联组成。硅 MOSFET 作为控制单元，SiC JFET 在关断状态下提供高电压阻断能力。这种组合使得器件与标准栅极驱动器兼容，并且在低导通电阻、输出电容、栅极电荷和反向恢复电荷等方面表现出色，从而降低了传导和开关损耗。同时，SiC FET 具有良好的反向导通能力，无需外部反并联二极管。

缓冲电路设计

使用小阻值的 (R{(G)})（栅极电阻）的缓冲电路，与使用大阻值 (R{(G)}) 相比，能提供更好的 EMI 抑制效果和更高的效率。小阻值 (R{(G)}) 能更好地控制关断时 (V{(DS)}) 的峰值尖峰和振铃持续时间，且不会增加额外的栅极延迟时间。而大阻值 (R{(G)}) 虽然能抑制峰值尖峰，但会导致更长的延迟时间。此外，使用缓冲电路时的总开关损耗小于使用大阻值 (R{(G)})，并且在中到满载范围内能大幅降低 (E{(OFF)})，仅略微增加 (E{(ON)})，随着负载电流的增加，效率会得到提高。

PCB 布局设计

由于 SiC FET 的高 dv/dt 和 di/dt 速率，为了最小化电路寄生参数，强烈建议进行合理的 PCB 布局设计。当 FET 在二极管模式下工作时，建议使用外部栅极电阻，以实现最佳的反向恢复性能。

订购信息

部件编号	标记	封装	运输方式
UF4C120070B7S	UF4C120070B7S	TO - 263 - 7	800 / 卷带包装

如果你对卷带规格（包括部件方向和卷带尺寸）感兴趣，请参考 Tape and Reel Packaging Specifications Brochure, BRD8011/D。

总结

onsemi 的 UF4C120070B7S 碳化硅场效应管以其出色的性能和可靠性，为电子工程师在设计各种功率应用时提供了一个优秀的选择。无论是在电动汽车充电、光伏逆变器、开关模式电源还是感应加热等领域，它都能发挥出其优势，帮助提高系统的效率和性能。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和电路条件，合理选择和使用该器件，以实现最佳的设计效果。你在使用类似的功率器件时，遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。