探索Qorvo 750V-8.4mΩ Combo-FET：高效能与创新设计的融合

电子工程师在电路设计中，常常需要在性能、可靠性和成本之间寻找平衡。Qorvo的UG4SC075009K4S “Combo-FET”为我们提供了一个新的解决方案。今天，我们就来深入了解这款产品，看看它能为我们的设计带来哪些惊喜。

一、产品概述

UG4SC075009K4S “Combo-FET”将750V SiC JFET和低压Si MOSFET集成在一个TO - 247 - 4L封装中。这种创新设计允许用户创建常关开关电路，同时利用常开SiC JFET的优势。SiC JFET具有超低导通电阻（$R_{DS(on)}$），可最大程度减少传导损耗，并且其简化的JFET器件结构具有出色的鲁棒性，能够处理电路保护应用中所需的高能开关。在开关电源转换应用中，该器件可分别访问JFET和MOSFET的栅极，从而提高速度控制能力，并便于多个器件并联。

电路图

二、产品特性

2.1 卓越的鲁棒性

该器件具有出色的鲁棒性，能够在复杂的工作环境中稳定运行。这对于需要长时间稳定工作的电路来说至关重要，比如在工业自动化领域的电路保护应用中，能够有效抵御各种干扰和冲击，保证系统的可靠性。

2.2 良好的热性能

采用银烧结芯片连接技术，具有优异的热阻特性。这意味着在工作过程中，能够更有效地散热，降低芯片温度，从而提高器件的使用寿命和稳定性。在高功率应用中，如大功率开关模式转换器，良好的热性能可以避免因过热导致的性能下降甚至器件损坏。

2.3 短路保护能力

具备短路额定能力，当电路出现短路故障时，能够及时保护自身和其他电路元件，防止故障扩大，保障整个系统的安全。这在一些对安全性要求较高的应用场景，如电池断开电路中，显得尤为重要。

2.4 低导通电阻

导通电阻处于个位数级别（$R_{DS(on)}$），能够显著降低传导损耗，提高电路效率。在能源效率日益受到重视的今天，低导通电阻的优势可以帮助我们设计出更加节能的电路。

2.5 高脉冲电流能力

能够承受高脉冲电流，适用于需要瞬间大电流输出的应用场景，如浪涌保护电路。在遇到浪涌冲击时，能够快速响应并承受高电流，保护后续电路不受损坏。

2.6 宽工作温度范围

工作温度范围为 -55°C 至 175°C，这使得该器件可以在各种恶劣的环境条件下使用，无论是在高温的工业环境还是低温的户外环境，都能保持稳定的性能。

2.7 常关能力和良好的控制性能

具备常关能力，并且可以实现更好的速度控制和并行设备操作（3 个及以上 FET）。这为电路设计提供了更多的灵活性，能够满足不同应用场景的需求。

三、典型应用

3.1 固态/半导体断路器

在固态/半导体断路器中，UG4SC075009K4S 的高脉冲电流能力和短路保护能力可以确保在电路出现过载或短路时，快速切断电路，保护设备和人员安全。其低导通电阻和良好的热性能也有助于提高断路器的效率和可靠性。

3.2 浪涌电流控制

在需要控制浪涌电流的电路中，该器件的高脉冲电流承受能力和快速响应特性可以有效地抑制浪涌电流，保护电路元件不受损坏。

3.3 电池断开

在电池断开电路中，常关能力和短路保护功能可以确保在需要时可靠地断开电池连接，防止电池过放或其他安全问题。

3.4 大功率开关模式转换器（>25kW）

对于大功率开关模式转换器，低导通电阻可以降低传导损耗，提高转换效率；良好的热性能可以保证在高功率运行时的稳定性；而可分别访问 JFET 和 MOSFET 栅极的设计则有助于实现更好的速度控制和多个器件的并联，满足大功率应用的需求。

3.5 浪涌保护

在浪涌保护电路中，该器件的高脉冲电流承受能力和快速响应能力可以有效地吸收和释放浪涌能量，保护后续电路。

3.6 固态/半导体继电器

在固态/半导体继电器中，UG4SC075009K4S 的常关能力和良好的开关性能可以实现可靠的继电器功能，并且具有更快的响应速度和更长的使用寿命。

四、电气特性

4.1 静态特性

击穿电压：漏源击穿电压（$BV_{DS}$）为 750V，这表明该器件能够承受较高的电压，适用于高压应用场景。
漏极泄漏电流：在不同的温度和电压条件下，总漏极泄漏电流（$I{DSS}$）有所不同。在 $T{J}=25°C$ 时，$I{DSS}$ 为 4 - 84mA；在 $T{J}=175°C$ 时，$I_{DSS}$ 为 35mA。泄漏电流的大小会影响电路的功耗和稳定性，在设计时需要根据具体应用进行考虑。
栅极泄漏电流：总 JFET 栅极泄漏电流（$I{JGSS}$）和总 MOSFET 栅极泄漏电流（$I{GSS}$）也有相应的参数范围。这些参数对于栅极驱动电路的设计非常重要，需要确保栅极驱动能够提供足够的电流来控制器件的开关状态。
导通电阻：漏源导通电阻（$R{DS(on)}$）在不同的温度和电流条件下有所变化。在 $T{J}=25°C$ 时，$R{DS(on)}$ 为 8.4 - 11.5mΩ；在 $T{J}=125°C$ 时，$R{DS(on)}$ 为 14.8mΩ；在 $T{J}=175°C$ 时，$R_{DS(on)}$ 为 19.4mΩ。导通电阻的变化会影响电路的功率损耗，在高温环境下需要特别关注。
阈值电压：JFET 栅极阈值电压（$V{JG(th)}$）和 MOSFET 栅极阈值电压（$V{G(th)}$）分别为 -11.3 - -6.7V 和 3.5 - 5.5V。阈值电压是控制器件开关的重要参数，在设计栅极驱动电路时需要根据阈值电压来确定合适的驱动电压。

4.2 反向二极管特性

正向电流：二极管连续正向电流（$I{S}$）在 $T{C}<61°C$ 时可达 106A，二极管脉冲电流（$I{S.pulse}$）在 $T{C}=25°C$ 时可达 344A。这表明反向二极管能够承受较大的电流，在电路中可以起到保护和续流的作用。
正向电压：正向电压（$V{FSD}$）在不同的温度和电流条件下有所不同。在 $T{J}=25°C$ 时，$V{FSD}$ 为 1.10 - 1.24V；在 $T{J}=175°C$ 时，$V_{FSD}$ 为 1.14V。正向电压的大小会影响二极管的功率损耗，在设计时需要考虑。
反向恢复特性：反向恢复电荷（$Q{rr}$）和反向恢复时间（$t{rr}$）在不同的温度和电流条件下也有所变化。在 $T{J}=25°C$ 时，$Q{rr}$ 为 368nC，$t{rr}$ 为 31ns；在 $T{J}=150°C$ 时，$Q{rr}$ 为 433nC，$t{rr}$ 为 35ns。反向恢复特性对于开关速度和电磁干扰有重要影响，在高频开关应用中需要特别关注。

4.3 动态特性

4.3.1 以 MOSFET 栅极为控制端

电容特性：MOSFET 输入电容（$C{iss}$）、输出电容（$C{oss}$）和反向传输电容（$C_{rss}$）分别为 3340pF、230pF 和 1.4pF。这些电容会影响器件的开关速度和驱动功率，在设计栅极驱动电路时需要考虑电容的充放电时间。
栅极电荷：总栅极电荷（$Q{G}$）、栅 - 漏电荷（$Q{GD}$）和栅 - 源电荷（$Q_{GS}$）分别为 75nC、13nC 和 22nC。栅极电荷的大小决定了栅极驱动所需的电荷量，从而影响驱动电路的设计。
开关时间和能量：开关时间包括导通延迟时间（$t{d(on)}$）、上升时间（$t{r}$）、关断延迟时间（$t{d(off)}$）和下降时间（$t{f}$）；开关能量包括导通能量（$E{ON}$）、关断能量（$E{OFF}$）和总开关能量（$E_{TOTAL}$）。这些参数对于评估器件的开关性能和功率损耗非常重要，在高频开关应用中需要尽量减小开关时间和能量。

4.3.2 以 JFET 栅极为控制端

电容特性：JFET 输入电容（$C{jiss}$）、输出电容（$C{Joss}$）和反向传输电容（$C_{Jrss}$）分别为 1965pF、226pF 和 222pF。同样，这些电容会影响 JFET 的开关速度和驱动功率。
栅极电荷：JFET 总栅极电荷（$Q{JG}$）、栅 - 漏电荷（$Q{JGD}$）和栅 - 源电荷（$Q_{JGS}$）分别为 304nC、159nC 和 50nC。这些参数对于设计 JFET 栅极驱动电路非常重要。

五、推荐栅极驱动方法：ClampDRIVE 方法

由于 JFET 栅极和 MOSFET 栅极都可访问，因此可以采用更多的参数和方法来控制器件的开关行为。推荐的栅极驱动方法是 ClampDRIVE 方法，该方法可以同时实现所需的导通速度、关断速度和反向恢复性能。

5.1 工作原理

该方法的主要思想是动态调整 JFET 栅极电阻值 $R{JG}$。在关断状态下，$R{JG}$ 足够小，以避免反向恢复问题；在关断瞬态期间，将 $R_{JG}$ 设置为较高的值，以实现所需的关断性能。

5.2 电路实现

可以使用具有米勒钳位预驱动输出的商用现成栅极驱动器轻松实现该方法。通过控制钳位 MOSFET M2 的导通和关断，来改变 JFET 栅极电阻的有效阻值。在导通状态下，CLAMPDRV 为低电平，M2 关断，有效 JFET 栅极电阻为 $R_{JGOFF}$；在关断瞬态期间，CLAMPDRV 保持低电平，直到器件完全关断，此时 JFET 栅极电阻为 $R{JGOFF}$，可有效控制关断速度；在关断状态下，CLAMPDRV 为高电平，M2 导通，有效 JFET 栅极电阻为 $R{JGOFF}$ 和 $R{JGON}$ 的并联值，$R{JGON}$ 可选择得足够小，以防止反向恢复问题；在导通瞬态期间，JFET 栅极电流可能通过 M2 的体二极管和 $R{JGON}$ 流入 JFET 栅极，因此导通过程也由 $R{JG_ON}$ 决定。

通过选择合适的 JFET 栅极电阻 $R_{JGON}$ 和 $R{JG_OFF}$，可以实现 SiC 共源共栅 FET 的最佳开关性能。