安森美SiC Cascode JFET：高效功率开关的新选择

在电子工程领域，功率开关器件的性能直接影响着各种电子设备的效率和可靠性。安森美（onsemi）推出的UF3SC120009K4S碳化硅（SiC）共源共栅JFET，为工程师们提供了一种高性能的功率开关解决方案。本文将详细介绍这款器件的特点、性能参数以及应用场景，帮助工程师们更好地了解和应用该器件。

文件下载：UF3SC120009K4S-D.PDF

一、器件概述

UF3SC120009K4S是一款基于独特“共源共栅”电路配置的SiC FET器件。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，能够真正实现对Si IGBT、Si FET、SiC MOSFET或Si超结器件的“直接替换”。器件采用TO247 - 4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。

二、主要特点

1. 低导通电阻

典型导通电阻(R_{DS(on), typ})为8.6mΩ，低导通电阻可以有效降低导通损耗，提高功率转换效率。

2. 宽温度范围

最大工作温度可达175°C，能够在高温环境下稳定工作，适用于各种恶劣的工业和汽车应用场景。

3. 出色的反向恢复特性

具有优秀的反向恢复性能，反向恢复电荷低，能够减少开关损耗，提高开关速度。

4. 低栅极电荷和固有电容

低栅极电荷和固有电容使得器件的开关速度更快，驱动功率更低，进一步提高了系统的效率。

5. ESD保护

具备ESD保护功能，HBM Class 2，增强了器件的可靠性和抗干扰能力。

6. 环保设计

该器件无铅、无卤素，符合RoHS标准，符合环保要求。

三、性能参数

1. 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
连续漏极电流（注1）	(I_{D})	(T_{C}<110^{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}=8.6 A)	555	mJ
功率耗散	(P_{tot})	(T_{C}=25^{circ}C)	789	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（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；3. 起始(T_{J}=25^{circ}C)

2. 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})			0.15	0.19	°C/W

3. 电气特性

静态特性

• 漏源击穿电压：(BV{DS})在(V{GS}=0 V, I_{D}=1 mA)时为1200V。
• 总漏极泄漏电流：在不同温度和电压条件下有不同的值，如(V{DS}=1200V, V{GS}=0V, T{J}=25^{circ}C)时，最大值为600nA；(V{DS}=1200V, V{GS}=0V, T{J}=175^{circ}C)时，最大值为65μA。
• 总栅极泄漏电流：在(V{DS}=0V, T{J}=25^{circ}C, V_{GS}=-20V/+20V)时，最大值为20μA。
• 漏源导通电阻：在不同温度下有不同的值，如(V{GS}=12V, I{D}=100A, T{J}=25^{circ}C)时，典型值为8.6mΩ；(T{J}=125^{circ}C)时，典型值为13.5mΩ；(T_{J}=175^{circ}C)时，典型值为18.2mΩ。
• 栅极阈值电压：在(V{DS}=5V, I{D}=10mA)时，范围为4 - 6V。
• 栅极电阻：在(f = 1 MHz)，开漏状态下，典型值为0.8Ω，最大值为1.5Ω。

反向二极管特性

• 二极管连续正向电流：在(T_{C}<110^{circ}C)时为120A。
• 二极管脉冲电流：在(T_{C}=25^{circ}C)时为550A。
• 正向电压：在(V{GS}=0V, I{S}=100A, T{J}=25^{circ}C)时，典型值为1.65V；(T{J}=175^{circ}C)时，典型值为2.4V。
• 反向恢复电荷：在不同条件下有不同的值，如(V{DS}=800V, I{S}=100A, V{GS}=-5V, R{G_EXT}=22Ω, di/dt = 3700A/μs, T{J}=25^{circ}C)时为1373nC；(T{J}=150^{circ}C)时为1275nC。
• 反向恢复时间：在上述条件下均为60ns。

动态特性

• 输入电容：(C{iss})在(V{DS}=100V, V_{GS}=0V)时为8512pF。
• 输出电容：(C_{oss})在(f = 100 kHz)时为755pF。
• 反向传输电容：(C_{rss})为9pF。
• 有效输出电容（能量相关）：(C{oss(er)})在(V{DS}=0V)到(800V, V_{GS}=0V)时为395pF。
• 有效输出电容（时间相关）：(C_{oss(tr)})为870pF。
• (C_{OSS})存储能量：(E{oss})在(V{DS}=800V, V_{GS}=0V)时为128μJ。
• 总栅极电荷：(Q{G})在(V{DS}=800V, I{D}=100A, V{GS}=-5V)到(15V)时为234nC。
• 栅漏电荷：(Q_{GD})为40nC。
• 栅源电荷：(Q_{GS})为96nC。
• 开通延迟时间：在不同条件下有不同的值，如(V{DS}=800V, I{D}=100A)，不同的栅极驱动和负载条件下，典型值在28 - 33ns之间。
• 上升时间：典型值在50 - 66ns之间。
• 关断延迟时间：典型值在113 - 127ns之间。
• 下降时间：典型值为15 - 16ns。
• 开通能量：典型值在1895 - 3539μJ之间。
• 关断能量：典型值在595 - 722μJ之间。
• 总开关能量：典型值在2575 - 4239μJ之间。

四、典型应用

1. 电动汽车充电

在电动汽车充电系统中，需要高效的功率转换和快速的开关速度，UF3SC120009K4S的低导通电阻和出色的反向恢复特性能够满足这些要求，提高充电效率。

2. 光伏逆变器

光伏逆变器需要将直流电转换为交流电，该器件的高性能可以降低损耗，提高逆变器的效率和可靠性。

3. 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。

4. 功率因数校正模块

功率因数校正模块需要精确的控制和高效的功率转换，UF3SC120009K4S可以满足这些需求，提高功率因数。

5. 电机驱动

电机驱动系统需要快速的开关和精确的控制，该器件的高性能可以提高电机驱动的效率和性能。

6. 感应加热

感应加热系统需要高功率和快速的开关速度，UF3SC120009K4S能够满足这些要求，实现高效的加热。

五、应用注意事项

1. PCB布局设计

由于SiC FET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。

2. 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。

六、总结

安森美UF3SC120009K4S碳化硅共源共栅JFET是一款高性能的功率开关器件，具有低导通电阻、宽温度范围、出色的反向恢复特性等优点。它适用于多种应用场景，能够提高系统的效率和可靠性。在使用该器件时，工程师们需要注意PCB布局设计和外部栅极电阻的使用，以充分发挥其性能优势。你在实际应用中是否遇到过类似器件的使用问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。