onsemi UF4SC120023B7S：碳化硅场效应管的卓越之选

在电子工程师的日常设计工作中，选择合适的功率器件对于电路性能的优化至关重要。今天，我们就来深入了解一款由onsemi推出的碳化硅（SiC）场效应管——UF4SC120023B7S，看看它有哪些突出的特性和应用场景。

文件下载：UF4SC120023B7S-D.PDF

产品概述

UF4SC120023B7S是一款1200V、23mΩ的G4 SiC FET，采用独特的“共源共栅”电路配置。它将常开型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。

产品特性

电气性能

• 低导通电阻：典型导通电阻 (R_{DS(on)}) 为23mΩ，能有效降低导通损耗，提高电路效率。
• 宽工作温度范围：最高工作温度可达175°C，能适应各种恶劣的工作环境。
• 出色的反向恢复特性：反向恢复电荷 (Q_{rr}=243nC)，可减少开关损耗，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}) 为1.2V，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)，有助于减少驱动功耗，提高开关速度。
• 阈值电压稳定：阈值电压 (V_{G(th)}) 典型值为4.8V，允许0 - 15V的驱动电压，且具有较低的本征电容。
• 静电保护：具备HBM 2类和CDM C3类静电保护，增强了器件的可靠性。

封装优势

采用TO - 263 - 7封装，尺寸为10.18x9.08x4.43，引脚间距1.27mm。这种封装不仅节省空间，还能实现自动化组装，同时有助于快速开关和获得干净的栅极波形。

环保特性

该器件符合无铅、无卤素和RoHS标准，体现了环保理念。

典型应用

电动汽车充电

在电动汽车充电领域，对功率器件的效率和可靠性要求极高。UF4SC120023B7S的低导通电阻和出色的开关特性，能够有效提高充电效率，减少能量损耗。

光伏逆变器

光伏逆变器需要高效地将直流电转换为交流电，UF4SC120023B7S的低开关损耗和宽工作温度范围，能满足光伏逆变器在不同环境下的稳定运行。

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，该器件的低导通电阻和快速开关速度有助于提高电源的效率和功率密度。

感应加热

感应加热设备需要快速的开关动作和高效的能量转换，UF4SC120023B7S的特性正好满足这些需求。

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	(I_{D})	(T_{C}=25^{circ}C)	70	A
	(T_{C}=100^{circ}C)	51	A
脉冲漏极电流	(I_{DM})	(T_{C}=25^{circ}C)	204	A
单脉冲雪崩能量	(E_{AS})	(L = 15mH, I_{AS}=4.1A)	126	mJ
SiC FET dv/dt 鲁棒性	(dv/dt)	(V_{DS}≤800V)	150	V/ns
功率耗散	(P_{tot})	(T_{C}=25^{circ}C)	385	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	245	°C

热特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
结到壳热阻	(R_{JC})	-	-	0.3	0.39	°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}=0V, I{D}=1mA)	1200	-	-	V
总漏极泄漏电流	(I_{DSS})	(V{DS}=1200V, V{GS}=0V, T_{J}=25^{circ}C)	-	2	60	μA
	(V{DS}=1200V, V{GS}=0V, T_{J}=175^{circ}C)	-	20	-	μA
总栅极泄漏电流	(I_{GSS})	(V{DS}=0V, T{J}=25^{circ}C, V_{GS}=-20V/+20V)	-	6	+20	μA
漏源导通电阻	(R_{DS(on)})	(V{GS}=12V, I{D}=40A, T_{J}=25^{circ}C)	-	23	30	mΩ
	(V{GS}=12V, I{D}=40A, T_{J}=125^{circ}C)	-	42	-	mΩ
	(V{GS}=12V, I{D}=40A, T_{J}=175^{circ}C)	-	62	-	mΩ
栅极阈值电压	(V_{G(th)})	(V{DS}=5V, I{D}=10mA)	4	4.8	6	V
栅极电阻	(R_{G})	(f = 1MHz)，开漏	-	4.5	-	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}=25^{circ}C)	-	70	-	A
二极管脉冲电流	(I_{S, pulse})	(T_{C}=25^{circ}C)	-	204	-	A
正向电压	(V_{FSD})	(V{GS}=0V, I{S}=20A, T_{J}=25^{circ}C)	1.2	1.35	-	V
	(V{GS}=0V, I{S}=20A, T_{J}=175^{circ}C)	1.65	-	-	V
反向恢复电荷	(Q_{rr})	(V{DS}=800V, I{S}=40A, V{GS}=-5V, R{G}=50Ω, di/dt=2000A/μs, T_{J}=25^{circ}C)	243	-	-	nC
反向恢复时间	(t_{rr})	-	26.8	-	-	ns
反向恢复电荷	(Q_{rr})	(V{DS}=800V, I{S}=40A, V{GS}=-5V, R{G}=50Ω, di/dt=2000A/μs, T_{J}=150^{circ}C)	264	-	-	nC
反向恢复时间	(t_{rr})	-	28.8	-	-	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}=800V, V{GS}=0V, f = 100kHz)	-	1430	-	pF
输出电容	(C_{oss})	-	-	85	-	pF
反向传输电容	(C_{rss})	-	-	2	-	pF
有效输出电容（能量相关）	(C_{oss(er)})	(V{DS}=0V) to (800V, V{GS}=0V)	-	108	-	pF
有效输出电容（时间相关）	(C_{oss(tr)})	-	-	200	-	pF
(C_{oss}) 存储能量	(E_{oss})	(V{DS}=800V, V{GS}=0V)	-	35	-	μJ
总栅极电荷	(Q_{G})	(V{DS}=800V, I{D}=40A, V_{GS}=0V) to (15V)	-	37.8	-	nC
栅漏电荷	(Q_{GD})	-	-	8	-	nC
栅源电荷	(Q_{GS})	-	-	11.8	-	nC
导通延迟时间	(t_{d(on)})	(V{DS}=800V, I{D}=40A)，栅极驱动器 -5V to +15V，(R{G_ON}=10Ω, R{G_OFF}=20Ω)，感性负载，FWD：相同器件 (V{GS}=-5V) 和 (R{G}=20Ω)，器件缓冲器：(R{S}=10Ω, C{S}=100pF)，(T_{J}=25^{circ}C)	-	23	-	ns
上升时间	(t_{r})	-	25	-	ns
关断延迟时间	(t_{d(off)})	-	64	-	ns
下降时间	(t_{f})	-	10	-	ns
导通能量（包括 (R_{S}) 能量）	(E_{ON})	-	719	-	μJ
关断能量（包括 (R_{S}) 能量）	(E_{OFF})	-	95	-	μJ
总开关能量	(E_{TOTAL})	-	814	-	μJ
导通时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS_ON})	-	8	-	μJ
关断时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS_OFF})	-	15	-	μJ

应用注意事项

PCB布局

由于该器件具有较高的dv/dt和di/dt速率，为了减少电路寄生效应，强烈建议进行合理的PCB布局设计。

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

使用小阻值的 (R{(G)}) 缓冲电路可以提供更好的EMI抑制效果和更高的效率，同时能更好地控制关断时的 (V{(DS)}) 峰值尖峰和振铃持续时间。

总结

onsemi的UF4SC120023B7S碳化硅场效应管凭借其出色的电气性能、环保特性和广泛的应用场景，为电子工程师在功率电路设计中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，工程师们可以根据具体的设计需求，充分发挥该器件的优势，实现高效、可靠的电路设计。你在使用类似的碳化硅场效应管时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。