onsemi UF3C120040K4S碳化硅共源共栅JFET深度解析

在电力电子领域，碳化硅（SiC）器件凭借其卓越的性能逐渐成为了工程师们的首选。今天，我们就来深入探讨onsemi推出的UF3C120040K4S碳化硅共源共栅JFET，看看它究竟有何独特之处。

文件下载：UF3C120040K4S-D.PDF

产品概述

onsemi的这款碳化硅共源共栅产品，将高性能的F3 SiC快速JFET与经过共源共栅优化的MOSFET封装在一起，打造出了市场上唯一采用标准栅极驱动的SiC器件。它采用4引脚TO247封装，具有极快的开关速度和出色的反向恢复特性，非常适合用于开关感性负载以及需要标准栅极驱动的应用场景。

产品特性

低导通电阻

典型导通电阻 (R_{DS (on)typ}) 仅为35 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。想象一下，在一个高功率的电源系统中，低导通电阻可以减少发热，延长设备的使用寿命，是不是很有吸引力？

宽温度范围

最高工作温度可达175 °C，这使得该器件能够在较为恶劣的环境下稳定工作。无论是高温的工业环境还是汽车电子应用，它都能应对自如。

出色的反向恢复特性

具有优秀的反向恢复能力，能够快速从导通状态切换到截止状态，减少反向恢复时间和反向恢复电荷，降低开关损耗。这对于高频开关应用来说尤为重要，能够提高系统的整体性能。

低栅极电荷和低固有电容

低栅极电荷意味着在开关过程中，驱动电路所需的能量较少，从而降低了驱动损耗。低固有电容则有助于提高开关速度，减少开关时间。

ESD保护

具备ESD保护功能，HBM等级为2级，能够有效防止静电对器件造成损坏，提高了器件的可靠性。

环保封装

采用TO247 - 4封装，不仅有利于实现更快的开关速度和干净的栅极波形，而且该器件无铅、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

在电动汽车充电领域，对功率密度和效率的要求极高。UF3C120040K4S的低导通电阻和快速开关特性，能够有效提高充电效率，减少充电时间，为电动汽车的普及提供有力支持。

光伏逆变器

光伏逆变器需要将直流电转换为交流电，对器件的性能和可靠性要求很高。该器件的宽温度范围和出色的反向恢复特性，能够适应光伏系统的复杂环境，提高逆变器的转换效率。

开关模式电源

在开关模式电源中，快速的开关速度和低导通电阻可以降低开关损耗和传导损耗，提高电源的效率和稳定性。

功率因数校正模块

功率因数校正模块需要精确控制电流和电压，以提高功率因数。UF3C120040K4S的高性能特性能够满足这一需求，提高系统的功率因数。

电机驱动

电机驱动系统需要快速响应和精确控制，该器件的快速开关特性和低栅极电荷能够满足电机驱动的要求，提高电机的运行效率。

感应加热

感应加热应用需要高频开关和高功率输出，UF3C120040K4S的快速开关速度和高功率处理能力，能够满足感应加热的需求。

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 to +25	V
连续漏极电流（(T_{C}=25 °C)）	(I_{D})		65	A
连续漏极电流（(T_{C}=100 °C)）	(I_{D})		47	A
脉冲漏极电流（(T_{C}=25 °C)）	(I_{DM})		175	A
单脉冲雪崩能量	(E_{AS})	(L = 15 mH, I_{AS} = 4.2 A)	132.3	mJ
功率耗散（(T_{C}=25 °C)）	(P_{tot})		429	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

电气特性（(T_{J}= +25 °C)，除非另有说明）

• 静态特性
  • 漏源击穿电压 (BV{DS})：在 (V{GS}=0 V, I_{D}=1 mA) 时，最小值为1200 V。
  • 总漏极泄漏电流 (I{OSS})：在 (V{DS}=1200 V, V{GS}=0 V, T{J}=25 °C) 时，典型值为8 μA；在 (T_{J}=175 °C) 时，典型值为35 μA。
  • 总栅极泄漏电流 (I{GS})：在 (V{GS}=-20 V / +20 V, T_{J}=25 °C) 时，典型值为6 μA。
  • 漏源导通电阻 (R{DS(on)})：在 (V{GS}=12 V, I{D}=40 A, T{J}=25 °C) 时，典型值为35 mΩ；在 (T{J}=125 °C) 时，典型值为56 mΩ；在 (T{J}=175 °C) 时，典型值为73 mΩ。
  • 栅极阈值电压 (V{G(th)})：在 (V{DS}=5 V, I_{D}=10 mA) 时，典型值为5 V。
  • 栅极电阻 (R_{G})：在 (f = 1 MHz)，漏极开路时，典型值为4.5 Ω。
• 反向二极管特性
  • 二极管连续正向电流 (I{S})：在 (T{C}=25 °C) 时，典型值为65 A。
  • 二极管脉冲电流 (I{S.pulse})：在 (T{C}=25 °C) 时，典型值为175 A。
  • 正向电压 (V{FSD})：在 (V{GS}=0 V, I{S}=20 A, T{J}=25 °C) 时，典型值为2 V；在 (T_{J}=175 °C) 时，典型值为1.95 V。
  • 反向恢复电荷 (Q{rr})：在 (V{DS}=800 V, I{S}=40 A, V{GS}=-5 V, R{G_EXT}=10 Ω, di/dt = 2400 A/μs, T{J}=25 °C) 时，典型值为358 nC；在 (T_{J}=150 °C) 时，典型值为259 nC。
  • 反向恢复时间 (t{rr})：在 (T{J}=25 °C) 时，典型值为25 ns；在 (T_{J}=150 °C) 时，典型值为22 ns。
• 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1500 pF。
  • 输出电容 (C_{oss})：典型值为210 pF。
  • 反向传输电容 (C_{rss})：典型值为1.7 pF。
  • 有效输出电容（能量相关） (C{oss(er)})：在 (V{DS}=0 V) 到 (800 V, V_{GS}=0 V) 时，典型值为112 pF。
  • 有效输出电容（时间相关） (C{oss(tr)})：在 (V{DS}=0 V) 到 (800 V, V_{GS}=0 V) 时，典型值为280 pF。
  • (C{oss}) 存储能量 (E{oss})：在 (V{DS}=800 V, V{GS}=0 V) 时，典型值为35.6 μJ。
  • 总栅极电荷 (Q{g})：在 (V{DS}=800 V, I{D}=40 A, V{GS}=-5 V) 到12 V时，典型值为43 nC。
  • 栅漏电荷 (Q_{GD})：典型值为11 nC。
  • 栅源电荷 (Q_{GS})：典型值为19 nC。
  • 导通延迟时间 (t{d(on)})：在 (V{DS}=800 V, I{D}=40 A)，栅极驱动器从 -5 V到 +12 V，导通 (R{G,EXT}=8.5 Ω)，关断 (R{G,EXT}=20 Ω)，感性负载，FWD：相同器件 (V{GS}=-5 V, R{G}=10 Ω, T{J}=25 °C) 时，典型值为24 ns；在 (T_{J}=150 °C) 时，典型值为23 ns。
  • 上升时间 (t{r})：在 (T{J}=25 °C) 时，典型值为27 ns；在 (T_{J}=150 °C) 时，典型值为24 ns。
  • 关断延迟时间 (t{d(off)})：在 (T{J}=25 °C) 和 (T_{J}=150 °C) 时，典型值均为50 ns。
  • 下降时间 (t{f})：在 (T{J}=25 °C) 时，典型值为10 ns；在 (T_{J}=150 °C) 时，典型值为9 ns。
  • 导通能量 (E{ON})：在 (T{J}=25 °C) 时，典型值为780 μJ；在 (T_{J}=150 °C) 时，典型值为668 μJ。
  • 关断能量 (E{OFF})：在 (T{J}=25 °C) 时，典型值为195 μJ；在 (T_{J}=150 °C) 时，典型值为134 μJ。
  • 总开关能量 (E{TOTAL})：在 (T{J}=25 °C) 时，典型值为975 μJ；在 (T_{J}=150 °C) 时，典型值为802 μJ。

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、栅极电荷特性、反向恢复电荷与结温的关系等。这些图表直观地展示了器件在不同条件下的性能表现，为工程师的设计提供了重要参考。

应用信息

SiC共源共栅器件是由高压SiC耗尽型JFET和低压硅MOSFET串联组成的增强型功率开关。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。但需要注意的是，由于其高dv/dt和di/dt速率，建议进行合理的PCB布局设计，以最小化电路寄生参数。在共源共栅器件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

该器件的型号为UF3C120040K4S，采用TO247 - 4封装，尺寸为15.90x20.96x5.03，5.44P，每管600个。

机械尺寸

文档中详细给出了TO247 - 4封装的机械尺寸，包括各个引脚的尺寸和公差等信息，为工程师进行PCB设计提供了准确的依据。

综上所述，onsemi的UF3C120040K4S碳化硅共源共栅JFET以其卓越的性能和丰富的特性，在电力电子领域具有广阔的应用前景。作为电子工程师，我们在设计过程中可以充分利用这些特性，提高系统的性能和可靠性。大家在实际应用中有没有遇到过类似器件的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。