onsemi UJ4C075018K3S SiC Cascode JFET深度解析

在电力电子领域，功率开关器件的性能对整个系统的效率和可靠性起着关键作用。今天，我们将深入探讨onsemi的UJ4C075018K3S碳化硅（SiC）共源共栅JFET，一款具有卓越性能的功率N沟道器件。

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产品概述

UJ4C075018K3S是一款750V、18mΩ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，能够真正“直接替代”硅IGBT、硅FET、SiC MOSFET或硅超结器件。其TO247 - 3封装形式，具备超低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。

产品特性亮点

低导通电阻

其导通电阻 (R{DS (on) }) 典型值为18mΩ，低导通电阻意味着在导通状态下，器件的功率损耗更低，能够有效提高系统效率。在不同温度下，导通电阻会有所变化，例如在 (T{J}=125^{circ}C) 时， (R{DS (on) }) 为31mΩ；在 (T{J}=175^{circ}C) 时，达到41mΩ。

宽工作温度范围

该器件的最大工作温度可达175°C，同时其工作和存储温度范围为 - 55°C至175°C，这使得它能够在较为恶劣的环境条件下稳定工作，适应多种工业和汽车应用场景。

出色的反向恢复特性

反向恢复电荷 (Q{rr}=102 nC) ，反向恢复时间短，低体二极管正向电压 (V{FSD}=1.14 V) 。这些特性使得器件在开关过程中能够快速恢复，减少开关损耗，提高系统的开关频率和效率。

低栅极电荷

栅极电荷 (Q_{G}=37.8 nC) ，较低的栅极电荷意味着驱动该器件所需的能量较少，能够降低驱动电路的功耗，同时也有助于提高开关速度。

静电防护

具备HBM Class 2和CDM Class C3的静电防护能力，增强了器件在实际应用中的可靠性，减少因静电放电而损坏的风险。

环保特性

该器件无铅、无卤素，符合RoHS标准，满足环保要求。

典型应用场景

电动汽车充电

在电动汽车充电系统中，需要高效、可靠的功率开关器件来实现电能的转换和传输。UJ4C075018K3S的低导通电阻和出色的开关性能能够降低充电过程中的能量损耗，提高充电效率。

光伏逆变器

光伏逆变器需要将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电并入电网。UJ4C075018K3S的宽工作温度范围和低损耗特性，能够适应光伏系统的复杂工作环境，提高逆变器的效率和可靠性。

开关模式电源

在开关模式电源中，该器件的低栅极电荷和快速开关速度有助于提高电源的效率和功率密度，减少电源的体积和重量。

功率因数校正模块

功率因数校正模块需要对输入电流进行整形，提高功率因数。UJ4C075018K3S的低导通电阻和反向恢复特性能够有效降低模块的损耗，提高功率因数校正的效果。

电机驱动

在电机驱动系统中，该器件能够实现快速的开关动作，精确控制电机的转速和转矩，提高电机的运行效率和性能。

感应加热

感应加热设备需要高频、高效的功率开关器件来产生交变磁场，实现加热功能。UJ4C075018K3S的高频开关性能和低损耗特性能够满足感应加热的需求。

电气特性分析

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	(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)	81	A
	(T_{C}=100^{circ}C)	60	A
脉冲漏极电流	(I_{DM})	(T_{C}=25^{circ}C)	205	A
单脉冲雪崩能量	(E_{AS})	(L = 15 mH, I_{AS}=3.6 A)	97.2	mJ
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
焊接时最大引脚温度	(T_{L})		250	°C

静态特性

• 漏源击穿电压： (BV{DS}) 在 (V{GS}=0V) ， (I_{D}=1 mA) 时，典型值为750V。
• 总漏极泄漏电流：在不同温度和电压条件下有不同的值，例如在 (V{DS}=750 V) ， (V{GS}=0 V) ， (T{J}=25^{circ}C) 时，最大为125μA；在 (T{J}=175^{circ}C) 时，最大为20μA。
• 总栅极泄漏电流：在 (V{DS}=0 V) ， (V{GS}=-20 V / +20 V) 时，最大为+20μA。
• 漏源导通电阻：在 (V{GS}=12 V) ， (I{D}=50 A) ， (T_{J}=25^{circ}C) 时，典型值为18mΩ。
• 栅极阈值电压： (V{G(th)}) 在 (V{DS}=5 V) ， (I_{D}=10 mA) 时，典型值为4.8V。
• 栅极电阻：在 (f = 1 MHz) ，开路漏极时，典型值为4.5Ω。

反向二极管特性

• D模式连续正向电流：在 (T_{C}=25^{circ}C) 时，为81A。
• 二极管脉冲电流：在 (T_{C}=25^{circ}C) 时，为205A。
• 正向电压：在 (V{GS}=0 V) ， (I{S}=20 A) ， (T{J}=25^{circ}C) 时，典型值为1.14V；在 (T{J}=175^{circ}C) 时，为1.35V。
• 反向恢复电荷：在不同温度和测试条件下有不同的值，例如在 (T{J}=25^{circ}C) 时， (Q{rr}=102 nC) ；在 (T{J}=150^{circ}C) 时， (Q{rr}=109 nC) 。
• 反向恢复时间：在 (T{J}=25^{circ}C) 时， (t{rr}=25 ns) ；在 (T{J}=150^{circ}C) 时， (t{rr}=27 ns) 。

动态特性

• 输入电容： (C{iss}) 在 (V{DS}=400 V) ， (V_{GS}=0 V) ， (f = 100 kHz) 时，典型值为1414pF。
• 输出电容： (C_{oss}) 典型值为118pF。
• 反向传输电容： (C_{rss}) 典型值为2pF。
• 有效输出电容： (C{oss(er)}) 在 (V{DS}=0 V) 到 (400 V) ， (V{GS}=0 V) 时，典型值为150pF； (C{oss(tr)}) 典型值为280pF。
• 存储能量： (E{oss}) 在 (V{DS}=400 V) ， (V_{GS}=0 V) 时，典型值为12μJ。
• 总栅极电荷： (Q{g}) 在 (V{DS}=400 V) ， (I_{D}=50 A) 时，典型值为37.8nC。
• 开关时间和能量：不同测试条件下的开关时间和能量有所不同，例如在 (T{J}=25^{circ}C) ，特定测试条件下， (t{d(on)}=13 ns) ， (t{r}=56 ns) ， (t{d(off)}=139 ns) ， (t{f}=21 ns) ， (E{ON}=615 μJ) ， (E{OFF}=518 μJ) ， (E{TOTAL}=1133 μJ) 。

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，尽量缩短功率回路的长度，减少寄生电感和电容，避免信号干扰。

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。合适的栅极电阻可以控制开关速度和减少振荡。

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，同时提高效率。与使用高 (R{(G)}) 值相比，小 (R{(G)}) 能够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

onsemi的UJ4C075018K3S SiC Cascode JFET以其卓越的性能和广泛的应用场景，为电力电子系统的设计提供了一个优秀的选择。在实际设计过程中，工程师需要根据具体的应用需求，结合器件的电气特性和设计建议，合理选择和使用该器件，以实现系统的高效、可靠运行。你在使用类似器件时遇到过哪些挑战呢？欢迎在评论区分享你的经验。