安森美SiC Cascode JFET：高性能功率器件的卓越之选

引言

在当今电子技术飞速发展的时代，功率器件的性能对于各种电子设备的效率和可靠性起着至关重要的作用。安森美（onsemi）推出的UF4SC120009K4SH碳化硅（SiC）共源共栅JFET，凭借其独特的设计和优异的性能，成为了众多应用领域的理想选择。本文将深入剖析这款器件的特点、性能参数以及典型应用，为电子工程师们提供全面的参考。

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产品概述

UF4SC120009K4SH是一款1200V、9.1 mΩ的G4 SiC FET，采用了独特的“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，能够使用现成的栅极驱动器，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。

产品特性

低导通电阻

典型导通电阻 (R_{DS(on)}) 为9.1 mΩ，低导通电阻可以有效降低功率损耗，提高系统效率。在实际应用中，较低的导通电阻意味着在相同电流下，器件的发热更小，从而减少了散热设计的难度和成本。

宽工作温度范围

能够在高达175°C的温度下正常工作，这使得它适用于各种恶劣的工作环境。在高温环境中，许多传统的功率器件性能会下降，而UF4SC120009K4SH凭借其优异的热稳定性，能够保持稳定的性能，确保系统的可靠性。

卓越的反向恢复特性

反向恢复电荷 (Q_{rr}=615 nC)，反向恢复时间短，这对于开关电感负载和需要标准栅极驱动的应用非常重要。快速的反向恢复特性可以减少开关损耗，提高开关频率，从而提升系统的整体性能。

低体二极管压降

体二极管压降 (V_{FSD}) 为1.09 V，低体二极管压降可以降低二极管导通时的功率损耗，提高系统的效率。在一些需要使用体二极管的应用中，如桥式电路，低体二极管压降可以显著减少能量损耗。

低栅极电荷

栅极电荷 (Q_{G}=168 nC)，低栅极电荷意味着驱动器件所需的能量更少，从而降低了驱动电路的功耗。这对于提高系统的整体效率和降低成本非常有帮助。

低固有电容

低固有电容可以减少开关过程中的充放电时间，降低开关损耗，提高开关速度。在高频应用中，低固有电容的优势更加明显。

Kelvin源引脚

Kelvin源引脚可以优化开关性能，减少源极电感的影响，提高开关速度和效率。在高速开关应用中，Kelvin源引脚的设计可以有效改善器件的开关特性。

高电压封装

采用TO247 - 4LH高压封装，具有8 mm的D - S爬电距离，能够提供良好的电气绝缘性能，确保器件在高压环境下的安全运行。

ESD保护

具有ESD保护功能，HBM Class 2和CDM Class C3，能够有效防止静电对器件造成损坏，提高器件的可靠性和稳定性。

环保设计

该器件无铅、无卤素，符合RoHS标准，符合环保要求，满足现代电子产品对环保的需求。

性能参数

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 to +20	V
	AC (f > 1 Hz)	-25 to +25	V
连续漏极电流（注1）	(I_{D})	(T_{C}<100^{circ}C)	120	A
脉冲漏极电流（注2）	(I_{DM})	(T_{C}=25^{circ}C)	550	A
单脉冲雪崩能量（注3）	(E_{AS})	(L = 15 mH, I_{AS}=6.5 A)	317	mJ
功率耗散	(P_{tot})	(T_{C}=25^{circ}C)	750	W
SiC FET dv/dt鲁棒性	(dv/dt)	(V_{DS}<800 V)	150	V/ns
最大结温	(T_{J,max})		175	°C
工作和储存温度	(T{J}, T{STG})		-55 to 175	°C
最大焊接引线温度，距外壳1/8”，5秒	(T_{L})		250	°C

注：

1. 受键合线限制。
2. 脉冲宽度 (t{p}) 受 (T{J, max}) 限制，起始 (T_{J}=25^{circ}C)。

热特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
结到外壳热阻	(R_{JC})			0.15	0.20	°C/W

电气特性

静态特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
漏源击穿电压	(BV_{DS})	(V{GS}=0 V, I{D}=1 mA)		1200		V
总漏极泄漏电流	(I_{DSS})	(V{DS}=1200 V, V{GS}=0 V, T_{J}=25^{circ}C)			5	300	μA
		(V{DS}=1200 V, V{GS}=0 V, T_{J}=175^{circ}C)			56
总栅极泄漏电流	(I_{GS})	(V{DS}=0 V, T{J}=25^{circ}C, V_{GS}=-20 V / +20 V)			6	20	μA
漏源导通电阻	(R_{DS(on)})	(V{GS}=12 V, I{D}=80 A) (T_{J}=25^{circ}C)		9.1	10.6	mΩ
		(T_{J}=125^{circ}C)		16.9
		(T_{J}=175^{circ}C)		23.3
栅极阈值电压	(V_{G(th)})	(V{DS}=5 V, I{D}=10 mA)	4	4.7	6	V
栅极电阻	(R_{G})	(f = 1 MHz, open drain)			0.8	1.5	Ω

反向二极管特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
二极管连续正向电流	(I_{S})	(T_{C}<100^{circ}C)		120		A
二极管脉冲电流	(I_{S,pulse})	(T_{C}=25^{circ}C)		550		A
正向电压	(V_{FSD})	(V{GS}=0 V, I{F}=40 A, T_{J}=25^{circ}C)	1.09	1.45		V
		(V{GS}=0 V, I{S}=40 A, T_{J}=175^{circ}C)	1.31
反向恢复电荷	(Q_{rr})	(V{DS}=800 V, I{S}=80 A, V{GS}=0 V, R{G_EXT}=2 Ω, di / dt = 2600 A / μs, T_{J}=25^{circ}C)	615			nC
反向恢复时间	(t_{rr})		48		ns
反向恢复电荷	(Q_{rr})	(V{DS}=800 V, I{S}=80 A, V{GS}=0 V, R{G_EXT}=2 Ω, di / dt = 2600 A / μs, T_{J}=150^{circ}C)	724			nC
反向恢复时间	(t_{rr})		55		ns

动态特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电容	(C_{iss})	(V{DS}=800 V, V{GS}=0 V, f = 100 kHz)		7218		pF
输出电容	(C_{oss})		204
反向传输电容	(C_{rss})		0.2
有效输出电容（能量相关）	(C_{oss(er)})	(V{DS}=0 V to 800 V, V{GS}=0 V)		265		pF
有效输出电容（时间相关）	(C_{oss(tr)})			528		pF
(C_{oss}) 存储能量	(E_{oss})	(V{DS}=800 V, V{GS}=0 V)		85		μJ
总栅极电荷	(Q_{G})	(V{DS}=800 V, I{D}=80 A, V_{GS}=0 V to 15 V)		168		nC
栅漏电荷	(Q_{GD})		28
栅源电荷	(Q_{GS})		50
开通延迟时间	(t_{d(on)})	（注4和5）		40		ns
上升时间	(t_{r})	(V{DS}=800 V, I{D}=80 A, Gate Driver = 0 V to +15 V, R{G.EXT}=2 Ω, Inductive Load, FWD: Same Device With (V{GS}=0 V, R{G}=2 Ω, RC Snubber: R{S}=5 Ω, C{S}=440 pF, T{J}=25^{circ}C)		37
关断延迟时间	(t_{d(off)})		81
下降时间	(t_{f})		16
开通能量（包括 (R_{S}) 能量）	(E_{ON})		1656		μJ
关断能量（包括 (R_{S}) 能量）	(E_{OFF})		255		μJ
总开关能量（包括 (R_{S}) 能量）	(E_{TOTAL})		1911		μJ
开通时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS_ON})		19.5		μJ
关断时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS_OFF})		76.5		μJ

注：

4. 使用图26中的开关测试电路测量。
5. 表中的开关能量（开通能量、关断能量和总能量）包括器件RC缓冲器的能量损耗。

典型应用

电动汽车充电

在电动汽车充电系统中，UF4SC120009K4SH的低导通电阻和卓越的反向恢复特性可以有效提高充电效率，减少能量损耗。同时，其宽工作温度范围和高可靠性能够确保在不同环境条件下稳定工作。

光伏逆变器

光伏逆变器需要高效的功率转换，UF4SC120009K4SH的高性能可以满足这一需求。它能够将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，提高光伏发电系统的效率。

开关模式电源

在开关模式电源中，该器件的快速开关速度和低损耗特性可以提高电源的效率和功率密度。同时，其低栅极电荷和标准栅极驱动特性使得驱动电路的设计更加简单。

功率因数校正模块

功率因数校正模块可以提高电力系统的功率因数，减少无功功率损耗。UF4SC120009K4SH的优异性能可以有效提高功率因数校正模块的效率和性能。

电机驱动

在电机驱动应用中，该器件能够提供快速的开关速度和低损耗，提高电机的效率和性能。同时，其高可靠性和稳定性能够确保电机驱动系统的长期稳定运行。

感应加热

感应加热设备需要高效的功率转换和快速的开关速度，UF4SC120009K4SH的性能可以满足这些要求。它能够将电能转换为热能，实现高效的感应加热。

总结

安森美UF4SC120009K4SH碳化硅共源共栅JFET以其独特的设计、优异的性能和广泛的应用领域，为电子工程师们提供了一个高性能的功率器件解决方案。无论是在电动汽车充电、光伏逆变器、开关模式电源还是其他应用中，该器件都能够发挥出其优势，提高系统的效率和可靠性。作为电子工程师，在选择功率器件时，不妨考虑一下这款优秀的产品。大家在实际应用中是否遇到过类似性能的器件，它们之间又有哪些差异呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。