安森美UJ4SC075005L8S碳化硅场效应管深度解析

在电力电子领域，碳化硅（SiC）技术正凭借其卓越的性能逐渐成为主流。安森美（onsemi）推出的UJ4SC075005L8S碳化硅场效应管，以其独特的设计和出色的性能，为众多应用场景带来了新的解决方案。本文将对这款产品进行详细解析，帮助电子工程师更好地了解和应用该器件。

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产品概述

UJ4SC075005L8S是一款750V、5.4mΩ的G4 SiC FET。它采用了独特的“共源共栅”电路配置，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。其具有超低的栅极电荷和出色的反向恢复特性，非常适合用于开关电感负载以及任何需要标准栅极驱动的应用。

产品特性

电气特性

1. 导通电阻低：典型导通电阻 (R_{DS (on) }) 为5.4mΩ，能有效降低导通损耗，提高系统效率。
2. 工作温度范围宽：最大工作温度可达175°C，可适应恶劣的工作环境。
3. 反向恢复特性好：反向恢复电荷 (Q_{rr}=440 nC)，能减少开关损耗。
4. 低体二极管电压：体二极管正向电压 (V_{FSD}) 为1.03V，降低了反向导通时的损耗。
5. 低栅极电荷：栅极电荷 (Q_{G}=164 nC)，减少了驱动功耗。
6. 阈值电压合适：阈值电压 (V_{G(th)}) 典型值为4.7V，允许0 - 15V的驱动电压。
7. 低固有电容：有助于提高开关速度，减少开关损耗。
8. ESD保护：具备HBM 2类静电放电保护，增强了器件的可靠性。

封装优势

H - PDSO - F8封装不仅节省空间，还能实现更快的开关速度和更干净的栅极波形，为系统设计提供了便利。

产品参数

最大额定值

参数	符号	测试条件	值	单位
漏源电压	(V_{DS})		750	V
栅源电压（DC）	(V_{GS})		-20 to +20	V
栅源电压（AC，f > 1 Hz）	(V_{GS})		-25 to +25	V
连续漏极电流	(I_{D})	(T_{C} < 144 °C)	120	A
脉冲漏极电流	(I_{DM})	(T_{C} = 25 °C)	588	A
单脉冲雪崩能量	(E_{AS})	(L = 15 mH)，(I_{AS} = 6.5 A)	316	mJ
短路耐受时间	(t_{SC})	(V{DS} = 400 V)，(T{J(START)} = 175 °C)	5	s
SiC FET dv/dt鲁棒性	(dv/dt)	(V_{DS} ≤ 500 V)	100	V/ns
功率耗散	(P_{tot})	(T_{C} = 25 °C)	1153	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
回流焊接温度	(T_{solder})	回流MSL 1	260	°C

热特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
结到壳热阻	(R_{θJC})			0.10	0.13	°C/W

典型性能 - 静态特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
漏源击穿电压	(BV_{DS})	(V{GS} = 0 V)，(I{D} = 1 mA)	750			V
总漏极泄漏电流	(I_{DSS})	(V{DS} = 750 V)，(V{GS} = 0 V)，(T_{J} = 25 °C)		6	130	μA
		(V{DS} = 750 V)，(V{GS} = 0 V)，(T_{J} = 175 °C)		45		μA
总栅极泄漏电流	(I_{GSS})	(V{DS} = 0 V)，(T{J} = 25 °C)，(V_{GS}=-20V/+20V)		6	20	μA
漏源导通电阻	(R_{DS(on)})	(V{GS} = 12 V)，(I{D} = 80 A)，(T_{J} = 25 °C)		5.4	7.2	mΩ
		(V{GS} = 12 V)，(I{D} = 80 A)，(T_{J} = 125 °C)		9.3		mΩ
		(V{GS} = 12 V)，(I{D} = 80 A)，(T_{J} = 175 °C)		12.2		mΩ
栅极阈值电压	(V_{G(th)})	(V{DS} = 5 V)，(I{D} = 10 mA)	4	4.7	6	V
栅极电阻	(R_{G})	(f = 1 MHz)，开漏		0.8	1.5	Ω

典型性能 - 反向二极管特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
二极管连续正向电流	(I_{S})	(T_{C} < 144 °C)		120		A
二极管脉冲电流	(I_{S,pulse})	(T_{C} = 25 °C)		588		A
正向电压	(V_{FSD})	(V{GS} = 0 V)，(I{S} = 50 A)，(T_{J} = 25 °C)	1.03	1.16		V
		(V{GS} = 0 V)，(I{S} = 50 A)，(T_{J} = 175 °C)	1.06			V
反向恢复电荷	(Q_{rr})	(V{DS} = 400 V)，(I{S} = 80 A)，(V{GS} = 0 V)，(R{G} = 20 Omega)，(di/dt = 2800 A/μs)，(T_{J}=25°C)	440			nC
反向恢复时间	(t_{rr})		31			ns
	(Q_{rr})	(V{DS} = 400 V)，(I{S} = 80 A)，(V{GS} = 0 V)，(R{G} = 20 Omega)，(di/dt = 2800 A/μs)，(T_{J}=150°C)	525			nC
反向恢复时间	(t_{rr})		37			ns

典型性能 - 动态特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电容	(C_{iss})	(V{DS} = 400 V)，(V{GS} = 0 V)，(f = 100 kHz)		8374		pF
输出电容	(C_{oss})			362		pF
反向传输电容	(C_{rss})			4		pF
有效输出电容（能量相关）	(C_{oss(er)})	(V{DS} = 0 V) 到 (400 V)，(V{GS} = 0 V)		475		pF
有效输出电容（时间相关）	(C_{oss(tr)})	(V{DS} = 0 V) 到 (400 V)，(V{GS} = 0 V)		950		pF
(C_{oss}) 存储能量	(E_{oss})	(V{DS} = 400 V)，(V{GS} = 0 V)		38		μJ
总栅极电荷	(Q_{g})	(V{DS} = 400 V)，(I{D} = 80 A)		164		nC
栅漏电荷	(Q_{GD})	(V_{GS} = 0 V) 到 (15 V)		24		nC
栅源电荷	(Q_{GS})			46		nC
导通延迟时间	(t_{d(on)})	见注释7和8，(V{DS} = 400 V)，(I{D} = 80 A)，栅极驱动器 (=0 V) 到 (+15 V)，导通 (R{G, EXT}=1.5 Omega)，关断 (R{G, EXT}=5 Omega)，电感负载，FWD：同器件 (V{GS} = 0 V) 且 (R{G}=5 Omega)，RC缓冲器：(R{S}=5 Omega) 且 (C{S}=680 pF)，(T_{J}=25^{circ} C)		35		ns
上升时间	(t_{r})		39			ns
关断延迟时间	(t_{d(off)})		109			ns
下降时间	(t_{f})		13			ns
导通能量（含 (R_{S}) 能量）	(E_{ON})		766		μJ
关断能量（含 (R_{S}) 能量）	(E_{OFF})		162		μJ
总开关能量	(E_{TOTAL})		928		μJ
导通时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS_ON})		17.6		μJ
关断时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS_OFF})		7.2		μJ
导通延迟时间	(t_{d(on)})	见注释7和8，(V{DS} = 400 V)，(I{D} = 80 A)，栅极驱动器 (=0 V) 到 (+15 V)，导通 (R{G, EXT}=1.5 Omega)，关断 (R{G, EXT}=5 Omega)，电感负载，FWD：同器件 (V{GS} = 0 V) 且 (R{G}=5 Omega)，RC缓冲器：(R{S}=5 Omega) 且 (C{S}=680 pF)，(T_{J}=150^{circ} C)		37		ns
上升时间	(t_{r})		41			ns
关断延迟时间	(t_{d(off)})		114			ns
下降时间	(t_{f})		13			ns
导通能量（含 (R_{S}) 能量）	(E_{ON})		808		μJ
关断能量（含 (R_{S}) 能量）	(E_{OFF})		187		μJ
总开关能量	(E_{TOTAL})		995		μJ
导通时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS_ON})		18.3		μJ
关断时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS_OFF})		10.3		μJ

典型应用

UJ4SC075005L8S适用于多种应用场景，包括：

1. 固态继电器和断路器：凭借其低导通电阻和快速开关特性，能够提高系统的可靠性和效率。
2. AC - DC前端的线路整流和有源桥整流电路：可有效减少整流过程中的损耗，提高电源转换效率。
3. 电动汽车充电：满足高功率充电需求，提高充电速度和效率。
4. 光伏逆变器：提高逆变器的效率和稳定性，增加光伏发电系统的发电量。
5. 开关模式电源：降低电源的功耗，提高电源的性能和可靠性。
6. 功率因数校正模块：改善电源的功率因数，减少对电网的干扰。
7. 电机驱动：提供高效的电机控制，降低电机驱动系统的能耗。
8. 感应加热：实现快速、高效的加热过程。

应用注意事项

PCB布局

由于SiC FET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。例如，缩短栅极驱动线路的长度，减少杂散电感和电容。

外部栅极电阻

当FET工作在二极管模式时，建议使用外部栅极电阻，以获得最佳的反向恢复性能。

缓冲电路

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

总结

安森美UJ4SC075005L8S碳化硅场效应管凭借其出色的性能和独特的设计，为电力电子应用提供了一种高效、可靠的解决方案。在实际应用中，电子工程师需要根据具体的应用场景和要求，合理设计