1200V-23mΩ SiC FET（UF4SC120023B7S）：高性能功率開關(guān)的新選擇

在電子工程師的日常工作中，選擇合適的功率開關(guān)器件至關(guān)重要。今天，我們要深入探討一款名為UF4SC120023B7S的1200V、23mΩ G4 SiC FET，看看它能為我們的設(shè)計(jì)帶來哪些驚喜。

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器件概述

UF4SC120023B7S采用獨(dú)特的“共源共柵”電路配置，將常開型SiC JFET與Si MOSFET共同封裝，形成了常閉型SiC FET器件。這種設(shè)計(jì)使得該器件具有標(biāo)準(zhǔn)的柵極驅(qū)動(dòng)特性，能夠使用現(xiàn)成的柵極驅(qū)動(dòng)器，在替換Si IGBT、Si超結(jié)器件或SiC MOSFET時(shí)，所需的重新設(shè)計(jì)工作極少。它采用節(jié)省空間的D2PAK - 7L封裝，支持自動(dòng)化組裝，同時(shí)具有超低的柵極電荷和出色的反向恢復(fù)特性，非常適合用于開關(guān)電感負(fù)載以及任何需要標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用。

示意圖

特性亮點(diǎn)

靜電保護(hù)

該器件具備靜電保護(hù)功能，達(dá)到HBM 2級和CDM C3級標(biāo)準(zhǔn)，能有效抵御靜電干擾，提高器件的可靠性和穩(wěn)定性。

封裝優(yōu)勢

D2PAK - 7L封裝有助于實(shí)現(xiàn)更快的開關(guān)速度和干凈的柵極波形，為電路設(shè)計(jì)提供了更好的性能保障。

低導(dǎo)通電阻

典型導(dǎo)通電阻$R_{DS(on)}$為23mΩ，能夠有效降低導(dǎo)通損耗，提高電路效率。

寬溫度范圍

最大工作溫度可達(dá)175°C，可在較寬的溫度環(huán)境下穩(wěn)定工作，適應(yīng)各種復(fù)雜的應(yīng)用場景。

出色的反向恢復(fù)特性

反向恢復(fù)電荷$Q{rr}=243 nC$，低體二極管正向電壓$V{FSD}=1.2V$，能有效減少反向恢復(fù)過程中的能量損耗和開關(guān)應(yīng)力。

低電容特性

具有較低的本征電容，有助于降低開關(guān)損耗和提高開關(guān)速度。

合適的閾值電壓

閾值電壓$V_{G(th)}$典型值為4.8V，允許0 - 15V的驅(qū)動(dòng)電壓，方便與各種驅(qū)動(dòng)電路配合使用。

低柵極電荷

總柵極電荷$Q_{G}=37.8 nC$，可降低柵極驅(qū)動(dòng)功率，提高驅(qū)動(dòng)效率。

關(guān)鍵參數(shù)

最大額定值

參數(shù)	符號(hào)	測試條件	值	單位
漏源電壓	$V_{DS}$		1200	V
柵源電壓	$V_{GS}$	DC	-20 to +20	V
連續(xù)漏極電流	$I_{D}$	$T_{c}=25°C$	72	A
		$T_{c}=100°C$	51	A
脈沖漏極電流	$I_{DM}$	$T_{c}=25°C$	204	A
單脈沖雪崩能量	$E_{AS}$	$L = 15mH, \Delta I_{D}=4.1A$	126	mJ
SiC FET $dv/dt$ 魯棒性	$dv/dt$	$V_{DS} \leq 800V$	150	V/ns
功率耗散	$P_{tot}$	$T_{c}=25°C$	385	W
最大結(jié)溫	$T_{J,max}$		175	°C
工作和儲(chǔ)存溫度	$T{J}, T{STG}$		-55 to 175	°C
回流焊接溫度	$T_{solder}$	回流MSL 1	245	°C

電氣特性

靜態(tài)特性：在不同溫度和測試條件下，該器件的漏源擊穿電壓、漏極泄漏電流、柵極泄漏電流、導(dǎo)通電阻和柵極閾值電壓等參數(shù)表現(xiàn)穩(wěn)定。例如，在$V{GS}=12V$，$I{D}=40A$，$T_{J}=25°C$時(shí)，導(dǎo)通電阻典型值為23mΩ。
反向二極管特性：二極管連續(xù)正向電流、脈沖電流、正向電壓和反向恢復(fù)電荷等參數(shù)也具有良好的性能。如在$V{GS}=0V$，$I{S}=20A$，$T_{J}=25°C$時(shí)，正向電壓典型值為1.2V。
動(dòng)態(tài)特性：輸入電容、輸出電容、反向傳輸電容等電容參數(shù)以及總柵極電荷、柵極 - 漏極電荷、柵極 - 源極電荷等電荷參數(shù)，都對器件的開關(guān)性能有著重要影響。例如，總柵極電荷$Q_{G}=37.8 nC$，有助于實(shí)現(xiàn)快速開關(guān)。

典型應(yīng)用

該器件適用于多種應(yīng)用場景，包括感應(yīng)加熱、光伏逆變器、功率因數(shù)校正模塊、電動(dòng)汽車充電和開關(guān)模式電源等。在這些應(yīng)用中，UF4SC120023B7S的高性能特性能夠充分發(fā)揮作用，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。

設(shè)計(jì)建議

PCB布局

由于該器件具有較高的$dv/dt$和$di/dt$速率，建議進(jìn)行合理的PCB布局設(shè)計(jì)，以盡量減少電路寄生參數(shù)的影響。

外部柵極電阻

當(dāng)FET工作在二極管模式時(shí)，建議使用外部柵極電阻，以實(shí)現(xiàn)最佳的反向恢復(fù)性能。較小的$R{(G)}$能夠更好地控制關(guān)斷時(shí)的$V{(DS)}$峰值和振鈴持續(xù)時(shí)間，同時(shí)提供更好的EMI抑制效果和更高的效率。

緩沖電路

使用具有較小$R{(G)}$的緩沖電路，相比使用高$R{(G)}$，能夠在提高效率的同時(shí)提供更好的EMI抑制。并且，使用緩沖電路時(shí)的總開關(guān)損耗小于使用高$R{(G)}$，能夠在中等到滿載范圍內(nèi)顯著降低$E{(OFF)}$，僅使$E_{(ON)}$有少量增加，從而提高系統(tǒng)效率。

總結(jié)

UF4SC120023B7S作為一款高性能的SiC FET器件，憑借其獨(dú)特的設(shè)計(jì)、出色的特性和廣泛的應(yīng)用場景，為電子工程師在功率開關(guān)設(shè)計(jì)方面提供了一個(gè)優(yōu)秀的選擇。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的設(shè)計(jì)需求，合理利用其特性，并遵循相應(yīng)的設(shè)計(jì)建議，以充分發(fā)揮該器件的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的電路設(shè)計(jì)。大家在使用過程中遇到過哪些問題或者有什么獨(dú)特的經(jīng)驗(yàn)，歡迎在評論區(qū)分享交流。

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