onsemi碳化硅共源共栅JFET器件UF3C120400K3S技术剖析

在电子工程领域，功率器件的性能直接影响着各类电子设备的效率与稳定性。onsemi推出的UF3C120400K3S碳化硅（SiC）共源共栅JFET器件，凭借其独特的设计和卓越的性能，在众多应用场景中展现出巨大的潜力。

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器件概述

UF3C120400K3S采用了独特的“共源共栅”电路结构，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备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”。它采用TO247 - 3封装，具有超低的栅极电荷和出色的反向恢复特性，非常适合用于切换感性负载以及任何需要标准栅极驱动的应用。

关键特性

低导通电阻

典型导通电阻 (R_{DS(on), typ}) 为410 mΩ，这意味着在导通状态下，器件的功率损耗较低，能够有效提高系统的效率。

宽温度范围

最大工作温度可达175°C，这使得器件在高温环境下依然能够稳定工作，适应各种恶劣的工作条件。

优秀的反向恢复特性

反向恢复性能出色，能够减少开关过程中的能量损耗，提高系统的可靠性。

低栅极电荷和低固有电容

低栅极电荷和低固有电容有助于降低驱动功率，提高开关速度，减少开关损耗。

ESD保护

具备ESD保护功能，HBM等级为2，能够有效防止静电对器件造成损坏。

环保特性

该器件无铅、无卤素，符合RoHS标准，体现了环保理念。

典型应用

• 电动汽车充电：在电动汽车充电系统中，该器件能够高效地实现电能转换，提高充电效率。
• 光伏逆变器：可用于光伏逆变器中，将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电，提高能源转换效率。
• 开关模式电源：在开关模式电源中，该器件能够实现高效的功率转换，减少能量损耗。
• 功率因数校正模块：有助于提高功率因数，减少电网的无功损耗。
• 电机驱动：可用于电机驱动系统，实现对电机的精确控制，提高电机的运行效率。
• 感应加热：在感应加热设备中，该器件能够快速、高效地实现电能到热能的转换。

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	-25 至 +25	V
连续漏极电流（注1）	(I_{D})	(T_{C}=25^{circ}C)	7.6	A
		(T_{C}=100^{circ}C)	5.9	A
脉冲漏极电流（注2）	(I_{DM})	(T_{C}=25^{circ}C)	14	A
单脉冲雪崩能量（注3）	(E_{AS})	(L = 15 mH)，(I_{AS}=1.25 A)	11.7	mJ
功率耗散	(P_{tot})	(T_{C}=25^{circ}C)	100	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
焊接时最大引脚温度（距外壳1/8英寸，5秒）	(T_{L})		250	°C

注：

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

电气特性（(T_{J}= +25^{circ}C)，除非另有说明）

静态特性

• 漏源击穿电压：在不同测试条件下有相应的数值。
• 导通电阻 (R{DS(on)})：典型值为410 mΩ，在 (T{J}=125^{circ}C) 时也有相应变化。
• 栅极电阻：有特定的参数范围。

反向二极管特性

• 脉冲电流 (I{S,pulse})：在 (T{C}=25^{circ}C) 时有特定表现。
• 正向压降 (V_{FSD})：典型值为1.5 V。
• 反向恢复电荷 (Q_{rr})：在特定测试条件下有相应数值。

动态特性

• 输入电容 (C{iss})：在 (V{DS}=100 V)，(V_{GS}=0 V)，(f = 100 kHz) 时，典型值为740 pF。
• 输出电容 (C_{oss})：有特定的参数。
• 反向传输电容 (C_{rss})：典型值为2 pF。
• 有效输出电容（能量相关） (C{oss(er)})：在 (V{DS}=0 V) 至 (800 V)，(V_{GS}=0 V) 时，典型值为17.5 pF。
• 有效输出电容（时间相关） (C_{oss(tr)})：有相应参数。
• 输出电容储存能量 (E{oss})：在 (V{DS}=800 V)，(V_{GS}=0 V) 时，典型值为5.6 μJ。
• 总栅极电荷 (Q{G})：在 (V{DS}=800 V)，(I{D}=5 A)，(V{GS}=-5 V) 至 (15 V) 时，典型值为27 nC。
• 栅漏电荷 (Q_{GD})：典型值为6 nC。
• 栅源电荷 (Q_{GS})：典型值为10 nC。
• 开通延迟时间 (t_{d(on)})：在特定测试条件下有相应数值。
• 上升时间 (t_{r})：典型值为10 ns。
• 关断延迟时间 (t_{d(off)})：典型值为34 ns。
• 下降时间 (t_{f})：典型值为17 ns。
• 开通能量 (E_{ON})：典型值为104 μJ。
• 关断能量 (E_{OFF})：典型值为22 μJ。
• 总开关能量 (E_{TOTAL})：有相应数值。

典型性能图表

文档中提供了一系列典型性能图表，包括不同温度下的输出特性、导通电阻与温度的关系、转移特性、阈值电压与结温的关系、栅极电荷特性、第三象限特性、电容特性、直流漏极电流降额、总功率耗散、最大瞬态热阻抗、安全工作区、钳位电感开关能量与漏极电流的关系、钳位电感开关能量与结温的关系以及反向恢复电荷与结温的关系等。这些图表能够帮助工程师更直观地了解器件的性能，为设计提供参考。

应用信息

SiC共源共栅器件由高压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。此外，SiC共源共栅器件还具有出色的反向导通能力，无需外部反并联二极管。

在设计PCB时，由于器件具有较高的dv/dt和di/dt速率，强烈建议采用适当的布局设计，以最小化电路寄生参数。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。

订购信息

部件编号	标记	封装	包装
UF3C120400K3S	UF3C120400K3S	TO247 - 3（无铅、无卤素）	600/管

机械尺寸

文档还提供了TO247 - 3封装的机械尺寸信息，包括各个尺寸的最小值、标称值和最大值，以及相关的公差和注意事项。

总之，onsemi的UF3C120400K3S碳化硅共源共栅JFET器件凭借其独特的设计和优异的性能，为电子工程师在设计高性能电子系统时提供了一个可靠的选择。在实际应用中，工程师需要根据具体的需求和工作条件，合理选择和使用该器件，以充分发挥其优势。大家在使用这款器件的过程中，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。