安森美1200V碳化硅全桥模块UFB25SC12E1BC3N：性能亮点与应用解析

在功率半导体领域，碳化硅（SiC）器件凭借其卓越的性能逐渐成为众多应用的首选。安森美（onsemi）推出的UFB25SC12E1BC3N碳化硅共源共栅JFET模块，以其独特的设计和出色的性能，在电动汽车充电、光伏逆变器等领域展现出巨大的应用潜力。本文将深入解析该模块的特点、性能参数以及应用要点，为电子工程师在设计中提供参考。

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模块概述

UFB25SC12E1BC3N是一款基于独特“共源共栅”电路配置的碳化硅FET器件。它将常开型碳化硅JFET与硅MOSFET共同封装，形成常闭型碳化硅FET器件。这种设计使得该器件具有类似硅器件的栅极驱动特性，能够使用单极栅极驱动器，与硅IGBT、硅FET、碳化硅MOSFET或硅超结器件兼容。

该模块采用E1B封装，具有超低的栅极电荷和出色的反向恢复特性，非常适合用于开关感性负载以及任何需要标准栅极驱动的应用。同时，先进的银烧结芯片连接技术赋予了模块卓越的热性能。

关键特性

电气性能

• 导通电阻：典型导通电阻 (R_{DS (on) }) 为35 mΩ，低导通电阻有助于降低导通损耗，提高系统效率。
• 工作温度：最高工作温度可达150 °C，能够适应较为恶劣的工作环境。
• 反向恢复特性：反向恢复电荷 (Q_{rr}=244 nC)，反向恢复时间短，可减少开关损耗。
• 体二极管电压：低体二极管电压 (V_{FSD}=1.4 V)，降低了二极管导通时的损耗。
• 栅极电荷：栅极电荷 (Q_{G}=42.5 nC)，低栅极电荷意味着更快的开关速度和更低的驱动功率。
• 阈值电压：阈值电压 (V_{G(th)}) 典型值为5 V，允许0至15 V的驱动电压，方便与各种驱动电路配合使用。
• 静电保护：具备ESD保护，达到HBM Class 2和CDM Class C3标准，提高了器件的可靠性。

热性能

• 热阻：每个开关的结到壳热阻 (R_{BC}) 典型值为0.85 °C/W，最大值为1.1 °C/W，良好的热阻特性有助于热量的散发，保证器件在高温环境下的稳定工作。

其他特性

• 环保特性：该器件无铅、无卤素，符合RoHS标准，满足环保要求。

性能参数详解

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（DC）	(V_{GS})	DC	-20 to +20	V
栅源电压（AC，f > 1 Hz）	(V_{GS})	AC (f > 1 Hz)	-25 to +25	V
连续漏极电流（(T_{C} = 25 °C)）	(I_{D})	(T_{C} = 25 °C)	36	A
连续漏极电流（(T_{C} = 90 °C)）	(I_{D})	(T_{C} = 90 °C)	25	A
脉冲漏极电流（(T_{C} = 25 °C)）	(I_{DM})	(T_{C} = 25 °C)	175	A
每个开关的功率耗散（(T_{C} = 25 °C)）	(P_{tot})	(T_{C} = 25 °C)	114	W
最大结温	(T_{J,max})	-	150	°C
工作和存储温度	(T{J}, T{STG})	-	-55 to 150	°C

电气特性

静态特性

• 漏源击穿电压：(BV{DS}) 在 (V{GS}=0 V)，(I_{D}=4 mA) 时为1200 V。
• 总漏极泄漏电流：在 (V{DS}=1200 V)，(V{GS}=0 V)，(T{J}=25 °C) 时，典型值为8 μA，最大值为150 μA；在 (T{J}=150 °C) 时，典型值为35 μA。
• 总栅极泄漏电流：在 (V{DS}=0 V)，(T{J}=25 °C)，(V_{GS}=-20V/+20V) 时，典型值为6 μA，最大值为20 μA。
• 漏源导通电阻：在 (V{GS}=12 V)，(I{D}=25 A)，(T{J}=25 °C) 时，典型值为35 mΩ，最大值为45 mΩ；在 (T{J}=125 °C) 时，典型值为55 mΩ；在 (T_{J}=150 °C) 时，典型值为64 mΩ。
• 栅极阈值电压：在 (V{DS}=5 V)，(I{D}=10 mA) 时，典型值为5 V，最小值为4 V，最大值为6 V。
• 栅极电阻：在 (f = 1 MHz)，漏极开路时，典型值为4.5 Ω。

反向二极管特性

• 二极管连续正向电流（(T_{C} = 25 °C)）：最大值为36 A。
• 二极管脉冲电流（(T_{C} = 25 °C)）：最大值为175 A。
• 正向电压：在 (V{GS}=0 V)，(I{S}=20 A)，(T_{J}=25 °C) 时，典型值为1.4 V，最大值为2 V。
• 反向恢复电荷：在 (V{DS}=800 V)，(I{S}=25 A)，(V{GS}=0 V)，(R{G}=33 Ω)，(di/dt=2200 A/μs)，(T{J}=25 °C) 时，典型值为244 nC；在 (T{J}=150 °C) 时，典型值为227 nC。
• 反向恢复时间：在上述条件下，(T{J}=25 °C) 时为29 ns，(T{J}=150 °C) 时为28 ns。

动态特性

• 输入电容：(C{iss}) 在 (V{DS}=800 V)，(V_{GS}=0 V)，(f=100 kHz) 时，典型值为1450 pF。
• 输出电容：(C_{oss}) 典型值为94 pF。
• 反向传输电容：(C_{rss}) 典型值为1.7 pF。
• 有效输出电容（能量相关）：(C{oss(er)}) 在 (V{DS}=0 V) 到 (800 V)，(V_{GS}=0 V) 时，典型值为120 pF。
• 有效输出电容（时间相关）：(C_{oss(tr)}) 典型值为265 pF。
• 输出电容存储能量：(E{oss}) 在 (V{DS}=800 V)，(V_{GS}=0 V) 时，典型值为38 μJ。
• 总栅极电荷：(Q{G}) 在 (V{DS}=800 V)，(I{D}=25 A)，(V{GS}=-5 V) 到 (15 V) 时，典型值为42.5 nC。
• 栅漏电荷：(Q_{GD}) 典型值为9.5 nC。
• 栅源电荷：(Q_{GS}) 典型值为15.5 nC。
• 开通延迟时间：在不同测试条件下，延迟时间有所不同，例如在 (V{DS}=800 V)，(I{D}=25 A)，栅极驱动器为 -5V 到 +15V，(R{G ON}=22 Ω)，(R{G OFF}=22 Ω)，感性负载，FWD为相同器件且 (V{GS}=0 V) 和 (R{G}=22 Ω)，(T_{J}=25 °C) 时，典型值为53 ns。
• 上升时间、关断延迟时间、下降时间、开通能量、关断能量和总开关能量等参数也在不同测试条件下有相应的典型值。

典型应用

电动汽车充电

在电动汽车充电系统中，该模块的低导通电阻和出色的开关性能有助于提高充电效率，减少能量损耗。同时，其高温工作能力能够适应充电过程中产生的热量，保证系统的稳定性。

光伏逆变器

在光伏逆变器应用中，模块的低损耗特性可以提高逆变器的转换效率，将更多的太阳能转化为电能。此外，其快速的开关速度有助于改善逆变器的动态响应性能。

开关电源

对于开关电源，该模块的低栅极电荷和良好的反向恢复特性能够降低开关损耗，提高电源的效率和可靠性。

功率因数校正模块

在功率因数校正模块中，模块的高性能可以有效提高功率因数，减少谐波失真，提高电能质量。

电机驱动

在电机驱动系统中，模块的快速开关和低损耗特性有助于实现高效的电机控制，提高电机的运行效率和性能。

感应加热

感应加热应用中，模块的高频率开关能力和低损耗特性能够满足感应加热的需求，提高加热效率。

设计要点

PCB布局

由于碳化硅器件具有较高的dv/dt和di/dt速率，因此在PCB布局设计时，应尽量减小电路寄生参数，以降低电磁干扰（EMI）和开关损耗。合理的布局可以减少线路电感和电容，提高系统的稳定性和可靠性。

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，以实现最佳的反向恢复性能。合适的栅极电阻可以控制开关速度和反向恢复过程，减少开关损耗和电压尖峰。

缓冲电路

使用带有小 (R{(G)}) 的缓冲电路可以提供更好的EMI抑制效果，同时提高效率。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，并且总开关损耗更小。

总结

安森美UFB25SC12E1BC3N碳化硅全桥模块以其卓越的性能和独特的设计，为电子工程师在功率转换应用中提供了一个优秀的选择。其低导通电阻、出色的反向恢复特性、良好的热性能以及与标准栅极驱动器的兼容性，使得该模块在电动汽车充电、光伏逆变器等多个领域具有广泛的应用前景。在设计过程中，工程师需要注意PCB布局、外部栅极电阻和缓冲电路的设计，以充分发挥该模块的性能优势。你在使用类似碳化硅模块时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。