onsemi碳化硅共源共栅JFET——UF3C120040K3S深度解析

在电子工程师的日常设计工作中，功率器件的选择至关重要，它直接影响着整个电路的性能和稳定性。今天，我们就来深入探讨一下onsemi推出的一款高性能碳化硅（SiC）共源共栅JFET——UF3C120040K3S。

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产品概述

UF3C120040K3S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共同封装，从而实现了常关型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“直接替代”。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，非常适合与推荐的RC缓冲器配合使用来切换感性负载，以及任何需要标准栅极驱动的应用。

产品特性

低导通电阻

典型导通电阻 (R_{DS(on), typ}) 仅为35mΩ，这意味着在导通状态下，器件的功率损耗较低，能够有效提高电路的效率。在实际应用中，低导通电阻可以减少发热，延长器件的使用寿命。

宽温度范围

最大工作温度可达175°C，这使得该器件能够在较为恶劣的环境下稳定工作。对于一些高温环境的应用场景，如工业控制、汽车电子等，这款器件具有很大的优势。

出色的反向恢复特性

具有优秀的反向恢复性能，能够快速恢复到截止状态，减少反向恢复损耗。这对于高频开关应用非常重要，可以提高开关频率，减小电路中的滤波器尺寸。

低栅极电荷和低固有电容

低栅极电荷和低固有电容使得器件的开关速度更快，开关损耗更低。在高频开关电路中，这可以显著提高电路的效率和性能。

ESD保护

具备ESD保护功能，HBM Class 2等级，能够有效防止静电对器件的损害，提高器件的可靠性。

环保设计

该器件是无铅、无卤素的，并且符合RoHS标准，符合环保要求。

典型应用

电动汽车充电

在电动汽车充电领域，需要高效、可靠的功率器件来实现快速充电。UF3C120040K3S的低导通电阻和低开关损耗特性，能够提高充电效率，减少能量损耗。

光伏逆变器

光伏逆变器需要将直流电转换为交流电，对功率器件的性能要求较高。该器件的高耐压和低损耗特性，能够提高逆变器的效率和稳定性。

开关模式电源

在开关模式电源中，该器件的快速开关特性和低损耗特性可以提高电源的效率和功率密度。

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。UF3C120040K3S的高性能特性能够满足这一需求。

电机驱动

电机驱动需要快速响应和高效的功率转换，该器件的低导通电阻和高开关速度能够满足电机驱动的要求。

感应加热

感应加热需要高频开关来产生交变磁场，UF3C120040K3S的高频特性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 至 +25	V
连续漏极电流（注1）	(I_{D})	(T_{C}=25^{circ}C)	65	A
	(T_{C}=100^{circ}C)	47	A
脉冲漏极电流（注2）	(I_{DM})	(T_{C}=25^{circ}C)	175	A
单脉冲雪崩能量（注3）	(E_{AS})	(L = 15 mH)，(I_{AS}=4.2 A)	132.3	mJ
功率耗散	(P_{tot})	(T_{C}=25^{circ}C)	429	W
最大结温	(T_{J,max})		175	°C
工作和存储温度	(T{J})，(T{STG})		-55 至 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 (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)。

典型性能 - 静态特性

在不同的测试条件下，器件的各项静态特性表现如下：

• 漏源击穿电压：当 (V{GS}=0 V)，(I{D}=1 mA) 时，有相应的测试值。
• 总漏极泄漏电流：在 (V{DS}=1200 V)，(V{GS}=0 V)，(T{J}=25^{circ}C) 时，最大值为8μA；当 (T{J}=175^{circ}C) 时，最大值为35μA。
• 总栅极泄漏电流：最大值为6μA。
• 漏源导通电阻：在不同温度下有不同的值，如 (T{J}=125^{circ}C) 和 (T{J}=175^{circ}C) 时，导通电阻会发生变化。

典型性能 - 反向二极管特性

• 二极管脉冲电流：在不同的测试条件下，如 (V{GS}=0 V)，(I{S}=20 A)，(T_{J}=25^{circ}C) 时，有相应的脉冲电流值。
• 反向恢复电荷 (Q_{rr})：在特定的测试条件下，如 (V{DS}=800 V)，(I{S}=40 A)，(V{GS}=-5 V)，(R{G_{-}EXT}=10 Omega)，(di / dt=2400 A / mu s) 时，有相应的反向恢复电荷值。

电容特性

• 输入电容 (C_{iss})：在 (V{DS}=100 V)，(V{GS}=0 V) 时，典型值为1500pF。
• 输出电容 (C_{oss})：在 (f = 100 kHz) 时，有相应的值。
• 反向传输电容 (C_{rss})：有相应的测试值。
• 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，有相应的值。
• 有效输出电容（时间相关） (C_{oss(tr)})：有相应的值。

开关特性

在不同的测试条件下，器件的开关特性如下：

• 总栅极电荷 (Q_{G})：在 (V{DS}=800 V)，(I{D}=40 A) 时，典型值为51nC。
• 栅漏电荷 (Q_{GD})：在 (V_{GS}=-5 V) 至 (15 V) 时，有相应的值。
• 栅源电荷：在特定的测试条件下，有相应的值。
• 导通延迟时间 (t_{d(on)})、上升时间 (t_{r})、关断延迟时间 (t_{d(off)})、下降时间 (t_{f}) 等都有相应的测试值。
• 导通能量 (E_{ON})、关断能量 (E_{OFF})、总开关能量 (E_{TOTAL}) 等也都有相应的测试值。

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、直流漏极电流降额曲线、总功率耗散曲线、最大瞬态热阻抗曲线、安全工作区曲线、反向恢复电荷与结温的关系、钳位电感开关能量与漏极电流的关系等。这些图表能够帮助工程师更直观地了解器件的性能，为电路设计提供参考。

应用信息

SiC FET是由高压SiC耗尽型JFET和低压硅MOSFET串联形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具有出色的性能，从而降低了导通和开关损耗。此外，SiC FET还具有出色的反向导通能力，无需外部反并联二极管。

在使用该器件时，由于其具有较高的dv/dt和di/dt速率，强烈建议进行适当的PCB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
UF3C120040K3S	UF3C120040K3S	TO247 - 3（无铅、无卤素）	600 / 管

机械尺寸

文档中还提供了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，以及相关的公差和标准要求。这对于PCB设计和机械安装非常重要。

综上所述，onsemi的UF3C120040K3S碳化硅共源共栅JFET是一款性能出色、应用广泛的功率器件。电子工程师在设计电路时，可以根据具体的应用需求，充分利用该器件的特性，提高电路的性能和可靠性。你在实际应用中是否使用过类似的器件呢？遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解。