安森美SiC共源共栅JFET：高性能功率开关的理想之选

在电子工程师的日常工作中，选择合适的功率开关器件对于设计的成功至关重要。今天，我们来深入了解一下安森美（onsemi）的一款高性能产品——UF3C065040K3S碳化硅（SiC）共源共栅JFET。

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产品概述

安森美的这款共源共栅产品将高性能的第三代SiC JFET与经过共源共栅优化的MOSFET封装在一起，打造出了市场上唯一采用标准栅极驱动的SiC器件。该系列不仅具有超低的栅极电荷，而且在同类额定值的器件中拥有最佳的反向恢复特性。这使得它在搭配推荐的RC缓冲器使用时，非常适合用于切换电感负载，以及任何需要标准栅极驱动的应用场景。

产品特性

低导通电阻

典型导通电阻 (R_{DS(on), typ}) 为42 mΩ，能够有效降低导通损耗，提高系统效率。

宽温度范围

最大工作温度可达175°C，展现出了出色的热稳定性，适用于各种恶劣的工作环境。

优异的反向恢复特性

能够快速恢复，减少反向恢复时间和反向恢复电荷，降低开关损耗。

低栅极电荷和固有电容

有助于减少开关过程中的能量损耗，提高开关速度。

ESD保护

达到HBM 2类标准，增强了器件的抗静电能力，提高了产品的可靠性。

极低的开关损耗

在典型工作条件下，所需的RC缓冲器损耗可忽略不计。

环保设计

该器件无铅、无卤素，符合RoHS标准，体现了安森美对环保的重视。

典型应用

电动汽车充电

随着电动汽车的普及，高效的充电系统变得至关重要。这款SiC共源共栅JFET的低导通电阻和低开关损耗特性，能够提高充电效率，缩短充电时间。

光伏逆变器

在光伏系统中，逆变器需要将直流电转换为交流电。该器件的高性能可以提高逆变器的效率和可靠性，从而提高整个光伏系统的发电效率。

开关模式电源

开关模式电源广泛应用于各种电子设备中。该器件的低损耗特性可以降低电源的功耗，提高电源的效率和稳定性。

功率因数校正模块

功率因数校正模块可以提高电力系统的功率因数，减少能源浪费。该器件的优异性能可以提高功率因数校正模块的效率和性能。

电机驱动

在电机驱动应用中，该器件可以提供快速的开关速度和低损耗，提高电机的效率和性能。

感应加热

感应加热技术广泛应用于工业加热领域。该器件的高性能可以提高感应加热系统的效率和加热速度。

电气特性

最大额定值

参数	符号	测试条件	值	单位
漏源电压	(V_{DS})		650	V
栅源电压	(V_{GS})	DC	-25 to +25	V
连续漏极电流（注1）	(I_{D})	(T_{C} = 25^{circ}C)	54	A
	(T_{C} = 100^{circ}C)	40	A
脉冲漏极电流（注2）	(I_{DM})	(T_{C} = 25^{circ}C)	125	A
单脉冲雪崩能量（注3）	(E_{AS})	(L = 15 mH, I_{AS} = 3.19 A)	76	mJ
功率耗散	(P_{tot})	(T_{C} = 25^{circ}C)	326	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
焊接时最大引脚温度（距外壳1/8英寸，5秒）	(T_{L})		250	°C

注：

1. 受 (T_{J, max}) 限制。
2. 脉冲宽度 (t{p}) 受 (T{J, max}) 限制。
3. 起始 (T_{J}=25^{circ}C)。

热特性

参数	符号	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
结到外壳的热阻	(R_{θJC})			0.35	0.46	°C/W

电气特性（除非另有说明，(T_{J}=+25^{circ}C)）

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	(B_{VDS})	(V{GS}=0 V, I{D}=1 mA)		650		V
总漏极泄漏电流	(I_{DSS})	(V{DS}=650 V, V{GS}=0 V, T_{J}=25^{circ}C)			0.7	150	μA
	(V{DS}=650 V, V{GS}=0 V, T_{J}=175^{circ}C)			10
总栅极泄漏电流	(I_{GSS})	(V{DS}=0 V, T{J}=25^{circ}C) (V_{GS} = -20 V/ +20 V)			6	+20	μA
漏源导通电阻	(R_{DS(on)})	(V{GS}=12V, I{D}=40A) (T_{J}=25^{circ}C)		42	52	mΩ
	(T_{J}=125^{circ}C)		59
	(T_{J}=175^{circ}C)		78
栅极阈值电压	(V_{G(th)})	(V{DS}=5 V, I{D}=10 mA)	4	5	6	V
栅极电阻	(R_{G})	(f = 1 MHz)，开漏		4.5		Ω

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（注4）	(I_{S})	(T_{C}=25^{circ}C)		54		A
二极管脉冲电流（注5）	(I_{S,pulse})	(T_{C}=25^{circ}C)		125		A
正向电压	(V_{FSD})	(V{GS}=0 V, I{F}=20 A, T_{J}=25^{circ}C)	1.5	1.75		V
	(V{GS}=0 V, I{S}=20 A, T_{J}=175^{circ}C)	1.8
反向恢复电荷	(Q_{rr})	(V{DS}=400 V, I{F}=40 A, V{GS}=-5 V)，(R{G EXT}=20 Omega)，(di/dt = 1100 A/μs)，(T_{J}=25^{circ}C)	138			nC
反向恢复时间	(t_{rr})		38			ns
反向恢复电荷	(Q_{rr})	(V{DS}=400 V, I{F}=40 A, V{GS}=-5 V)，(R{G EXT}=20 Omega)，(di/dt = 1100 A/μs)，(T_{J}=150^{circ}C)	137			nC
反向恢复时间	(t_{rr})		38			ns

注：

4. 受 (T_{J, max}) 限制。
5. 脉冲宽度 (t{p}) 受 (T{J, max}) 限制。

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}=100 V, V{GS}=0 V)		1500		pF
输出电容	(C_{oss})	(f = 100 kHz)		200		pF
反向传输电容	(C_{rss})			2.2		pF
与能量相关的有效输出电容	(C_{oss(er)})	(V{DS}=0 V) 到 (400 V)，(V{GS}=0 V)		146		pF
与时间相关的有效输出电容	(C_{oss(tr)})		325		pF
(C_{oss}) 存储能量	(E_{oss})	(V{DS}=400 V, V{GS}=0 V)		11.7		μJ
总栅极电荷	(Q_{G})	(V{DS}=400 V, I{D}=40 A)		51		nC
栅漏电荷	(Q_{GD})	(V_{GS}=-5 V) 到 (15 V)		11		nC
栅源电荷	(Q_{GS})	(V{DS}=400 V, I{D}=40 A) 栅极驱动器 = -5V 到 +15V，导通 (R{G, EXT}=1.8 Omega)，关断 (R{G, EXT}=22 Omega)，电感负载，FWD：相同器件 (V{GS}=-5 V)，(R{G}=22 Omega)，RC缓冲器：(R{S}=5 Omega)，(C{S}=150 pF)，(T_{J}=25^{circ}C)		19		nC
导通延迟时间	(t_{d(on)})		35		ns
上升时间	(t_{r})		24		ns
关断延迟时间	(t_{d(off)})		57		ns
下降时间	(t_{f})		14		ns
包括 (R_{S}) 能量的导通能量（注6）	(E_{ON})		500		μJ
包括 (R_{S}) 能量的关断能量（注6）	(E_{OFF})		118		μJ
包括 (R_{S}) 能量的总开关能量（注6）	(E_{TOTAL})		618		μJ
导通时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS ON})		1.7		μJ
关断时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS OFF})		4.5		μJ
导通延迟时间	(t_{d(on)})	(V{DS}=400 V, I{D}=40 A) 栅极驱动器 = -5V 到 +15V，导通 (R{G, EXT}=1.8 Omega)，关断 (R{G, EXT}=22 Omega)，电感负载，FWD：相同器件 (V{GS}=-5 V)，(R{G}=22 Omega)，RC缓冲器：(R{S}=5 Omega)，(C{S}=150 pF)，(T_{J}=150^{circ}C)		35		ns
上升时间	(t_{r})		22		ns
关断延迟时间	(t_{d(off)})		60		ns
下降时间	(t_{f})		13		ns
包括 (R_{S}) 能量的导通能量（注6）	(E_{ON})		479		μJ
包括 (R_{S}) 能量的关断能量（注6）	(E_{OFF})		124		μJ
包括 (R_{S}) 能量的总开关能量（注6）	(E_{TOTAL})		603		μJ
导通时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS ON})		1.8		μJ
关断时缓冲器 (R_{S}) 能量	(E_{RS OFF})		5.3		μJ

注：

6. 开关性能是通过如图29所示的RC缓冲器电路进行评估的。

典型性能图表

文档中提供了一系列典型性能图表，包括不同温度下的输出特性、导通电阻与温度的关系、转移特性、栅极电荷特性、第三象限特性、电容特性、功率耗散、安全工作区、反向恢复电荷与结温的关系等。这些图表可以帮助工程师更好地了解器件的性能，从而进行更合理的设计。

应用信息

SiC共源共栅器件是由高压SiC耗尽型JFET和低压硅MOSFET串联组成的增强型功率开关。硅MOSFET作为控制单元，SiC JFET在关断状态下提供高电压阻断能力。这种单封装的器件组合不仅与标准栅极驱动器兼容，而且在低导通电阻（(R{DS(on)})）、输出电容（(C{oss})）、栅极电荷（(Q{g})）和反向恢复电荷（(Q{rr})）等方面表现出色，从而降低了导通和开关损耗。此外，SiC共源共栅器件还具有出色的反向导通能力，无需外部反并联二极管。

和其他高性能功率开关一样，由于该器件具有较高的dv/dt和di/dt速率，强烈建议进行合理的PCB布局设计，以最小化电路寄生参数。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。如需了解更多关于SiC FET操作的信息，请访问www.onsemi.com。

订购信息

零件编号	标记	封装	包装
UF3C065040K3S	UF3C065040K3S	TO247 - 3（无铅、无卤素）	600 / 管

机械尺寸

文档还提供了TO247 - 3封装的机械尺寸信息，包括各个尺寸的最小值、标称值和最大值，以及一些相关的注意事项。这些信息对于PCB设计和器件安装非常重要。

总结

安森美的UF3C065040K3S碳化硅共源共栅JFET以其优异的性能和丰富的特性，为电子工程师在设计高性能功率开关电路时提供了一个理想的选择。无论是在电动汽车充电、光伏逆变器、开关模式电源等应用领域，还是在其他需要高效功率转换的场景中，该器件都能够发挥出其独特的优势。作为电子工程师，我们在选择器件时，需要综合考虑器件的性能、应用场景和成本等因素。那么，你在实际项目中是否使用过类似的SiC器件呢？在使用过程中遇到过哪些问题？欢迎在评论区分享你的经验和见解