onsemi UJ4SC075010L8S碳化硅场效应管：高性能与可靠性的完美结合

在电子工程领域，功率器件的性能直接影响着整个系统的效率和稳定性。今天，我们来深入了解一下 onsemi 的 UJ4SC075010L8S 碳化硅（SiC）场效应管，看看它有哪些独特的特性和应用优势。

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产品概述

UJ4SC075010L8S 是一款 750V、10.7mΩ 的 G4 SiC FET。它采用了独特的“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有标准的栅极驱动特性，能够使用现成的栅极驱动器，在替换 Si IGBT、Si 超结器件或 SiC MOSFET 时，只需进行最小限度的重新设计。

该器件采用了节省空间的 H - PDSO - F8 封装，支持自动化组装，具有超低的栅极电荷和出色的反向恢复特性，非常适合用于开关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

导通电阻 (R_{DS(on)}) 典型值为 10.7mΩ，低导通电阻意味着在导通状态下，器件的功率损耗更小，能够提高系统的效率。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。

宽工作温度范围

该器件的最大工作温度可达 175°C，这使得它能够在高温环境下稳定工作。对于一些对温度要求较高的应用，如电动汽车充电、光伏逆变器等，这种宽温度范围的特性非常重要。

出色的反向恢复特性

反向恢复电荷 (Q_{rr}=274nC)，低的反向恢复电荷可以减少开关损耗，提高开关速度。在高频开关应用中，这一特性能够显著提高系统的效率。

低体二极管压降

体二极管压降 (V_{FSD}) 为 1.1V，低的体二极管压降可以降低二极管导通时的功率损耗，进一步提高系统的效率。

低栅极电荷

栅极电荷 (Q_{G}=75nC)，低栅极电荷意味着驱动该器件所需的能量更少，能够降低驱动电路的功耗。

阈值电压与驱动范围

阈值电压 (V_{G(th)}) 典型值为 4.5V，允许 0 至 15V 的驱动电压。这种设计使得该器件在不同的驱动电压下都能稳定工作，提高了系统的灵活性。

低固有电容与 ESD 保护

具有低固有电容，能够减少开关过程中的充放电时间，提高开关速度。同时，该器件具有 HBM 2 级 ESD 保护，增强了器件的可靠性。

环保特性

该器件无铅、无卤素，符合 RoHS 标准，满足环保要求。

典型应用

固态继电器和断路器

固态继电器和断路器需要快速、可靠的开关性能，UJ4SC075010L8S 的低导通电阻、出色的反向恢复特性和宽温度范围使其非常适合这些应用。

交直流前端的线路整流和有源桥整流电路

在交直流前端的整流电路中，该器件的低损耗和高开关速度能够提高整流效率，减少能量损耗。

电动汽车充电

电动汽车充电系统对功率器件的性能要求很高，UJ4SC075010L8S 的高耐压、低损耗和宽温度范围能够满足电动汽车充电的需求。

光伏逆变器

光伏逆变器需要高效的功率转换，该器件的低导通电阻和出色的反向恢复特性能够提高光伏逆变器的效率，降低成本。

开关模式电源

开关模式电源需要快速的开关速度和低损耗，UJ4SC075010L8S 能够满足这些要求，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的控制和高效的功率转换，该器件的高性能能够满足功率因数校正的需求。

电机驱动

电机驱动需要快速的开关速度和高可靠性，UJ4SC075010L8S 能够提供稳定的驱动性能，提高电机的效率。

感应加热

感应加热需要高频的开关操作，该器件的高开关速度和低损耗能够满足感应加热的需求。

电气特性

最大额定值

• 漏源电压 (V_{DS}) 为 750V，能够承受较高的电压。
• 栅源电压 (V_{GS}) 在直流情况下为 - 20 至 + 20V，交流情况下（f > 1Hz）为 - 25 至 + 25V。
• 连续漏极电流 (I{D}) 在 (T{C}<75°C) 时为 106A，在 (T_{C}=100°C) 时为 92A。
• 脉冲漏极电流 (I{DM}) 在 (T{C}=25°C) 时为 300A。
• 单脉冲雪崩能量 (E{AS}) 在 (L = 15mH)，(I{AS}=4.5A) 时为 151mJ。
• SiC FET 的 (dv/dt) 鲁棒性为 100V/ns。
• 功率耗散 (P{tot}) 在 (T{C}=25°C) 时为 556W。
• 最大结温 (T_{J,max}) 为 175°C。
• 工作和存储温度范围为 - 55 至 175°C。
• 回流焊接温度 (T_{solder}) 在回流 MSL 1 时为 260°C。

静态特性

• 漏源击穿电压 (BV{DS}) 在 (V{GS}=0V)，(I_{D}=1mA) 时为 750V。
• 总漏极泄漏电流 (I{DSS}) 在不同温度下有不同的值，在 (V{DS}=750V)，(V{GS}=0V)，(T{J}=25°C) 时典型值为 3.5μA，在 (T_{J}=175°C) 时典型值为 45μA。
• 总栅极泄漏电流 (I{GSS}) 在 (V{GS}=-20V/+20V) 时典型值为 2μA。
• 漏源导通电阻 (R{DS(on)}) 在不同温度下有不同的值，在 (V{GS}=12V)，(I{D}=60A)，(T{J}=25°C) 时典型值为 10.7mΩ，在 (T{J}=125°C) 时典型值为 18.1mΩ，在 (T{J}=175°C) 时典型值为 24mΩ。
• 栅极阈值电压 (V{G(th)}) 在 (V{DS}=5V)，(I_{D}=10mA) 时典型值为 4.5V。

反向二极管特性

反向恢复电荷 (Q{rr}) 在不同条件下有不同的值，例如在 (R{G}=30Ω)，(di/dt = 2500A/μs)，(T{J}=25°C) 时为 274nC。反向恢复时间 (t{r}) 也有相应的值。

动态特性

• 输入电容 (C{iss}) 在 (V{DS}=400V)，(V_{GS}=0V) 时典型值为 3245pF。
• 输出电容 (C_{oss}) 在 (f = 100kHz) 时典型值为 178pF。
• 有效输出电容 (C{oss(er)}) 典型值为 225pF，(C{oss(tr)}) 在 (V{DS}=0V) 到 (400V)，(V{GS}=0V) 时典型值为 470pF。
• 总栅极电荷 (Q{G}) 在 (V{DS}=400V)，(I{D}=60A)，(V{GS}=0V) 到 15V 时典型值为 75nC。
• 开关时间和能量损耗也有相应的参数，如导通延迟时间 (t{d(on)})、上升时间 (t{r})、关断延迟时间 (t{d(off)})、下降时间 (t{f}) 以及导通能量 (E{ON})、关断能量 (E{OFF}) 和总开关能量 (E_{TOTAL}) 等。

应用注意事项

PCB 布局设计

由于该器件具有较高的 (dv/dt) 和 (di/dt) 速率，为了减少电路寄生参数的影响，强烈建议进行合理的 PCB 布局设计。在设计 PCB 时，应尽量缩短线路长度，减少寄生电感和电容，以提高系统的性能。

外部栅极电阻

当 FET 在二极管模式下工作时，建议使用外部栅极电阻，以实现最佳的反向恢复性能。外部栅极电阻的选择应根据具体的应用需求进行调整。

缓冲电路

使用具有小 (R{(G)}) 的缓冲电路可以提供更好的 EMI 抑制效果，并且具有更高的效率。与使用高 (R{(G)}) 值相比，小 (R{(G)}) 能够更好地控制关断时的 (V{(DS)}) 峰值尖峰和振铃持续时间，同时总开关损耗更小。

总结

onsemi 的 UJ4SC075010L8S 碳化硅场效应管具有低导通电阻、宽工作温度范围、出色的反向恢复特性等诸多优点，适用于多种应用场景。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用需求，合理选择器件，并注意 PCB 布局、外部栅极电阻和缓冲电路的设计，以充分发挥该器件的性能优势。你在使用类似的碳化硅场效应管时，遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。