探索Qorvo 750V-8.4mΩ Combo-FET：高效能與創新設計的融合

電子工程師在電路設計中，常常需要在性能、可靠性和成本之間尋找平衡。Qorvo的UG4SC075009K4S “Combo-FET”為我們提供了一個新的解決方案。今天，我們就來深入了解這款產品，看看它能為我們的設計帶來哪些驚喜。

一、產品概述

UG4SC075009K4S “Combo-FET”將750V SiC JFET和低壓Si MOSFET集成在一個TO - 247 - 4L封裝中。這種創新設計允許用戶創建常關開關電路，同時利用常開SiC JFET的優勢。SiC JFET具有超低導通電阻（$R_{DS(on)}$），可最大程度減少傳導損耗，并且其簡化的JFET器件結構具有出色的魯棒性，能夠處理電路保護應用中所需的高能開關。在開關電源轉換應用中，該器件可分別訪問JFET和MOSFET的柵極，從而提高速度控制能力，并便于多個器件并聯。

電路圖

二、產品特性

2.1 卓越的魯棒性

該器件具有出色的魯棒性，能夠在復雜的工作環境中穩定運行。這對于需要長時間穩定工作的電路來說至關重要，比如在工業自動化領域的電路保護應用中，能夠有效抵御各種干擾和沖擊，保證系統的可靠性。

2.2 良好的熱性能

采用銀燒結芯片連接技術，具有優異的熱阻特性。這意味著在工作過程中，能夠更有效地散熱，降低芯片溫度，從而提高器件的使用壽命和穩定性。在高功率應用中，如大功率開關模式轉換器，良好的熱性能可以避免因過熱導致的性能下降甚至器件損壞。

2.3 短路保護能力

具備短路額定能力，當電路出現短路故障時，能夠及時保護自身和其他電路元件，防止故障擴大，保障整個系統的安全。這在一些對安全性要求較高的應用場景，如電池斷開電路中，顯得尤為重要。

2.4 低導通電阻

導通電阻處于個位數級別（$R_{DS(on)}$），能夠顯著降低傳導損耗，提高電路效率。在能源效率日益受到重視的今天，低導通電阻的優勢可以幫助我們設計出更加節能的電路。

2.5 高脈沖電流能力

能夠承受高脈沖電流，適用于需要瞬間大電流輸出的應用場景，如浪涌保護電路。在遇到浪涌沖擊時，能夠快速響應并承受高電流，保護后續電路不受損壞。

2.6 寬工作溫度范圍

工作溫度范圍為 -55°C 至 175°C，這使得該器件可以在各種惡劣的環境條件下使用，無論是在高溫的工業環境還是低溫的戶外環境，都能保持穩定的性能。

2.7 常關能力和良好的控制性能

具備常關能力，并且可以實現更好的速度控制和并行設備操作（3 個及以上 FET）。這為電路設計提供了更多的靈活性，能夠滿足不同應用場景的需求。

三、典型應用

3.1 固態/半導體斷路器

在固態/半導體斷路器中，UG4SC075009K4S 的高脈沖電流能力和短路保護能力可以確保在電路出現過載或短路時，快速切斷電路，保護設備和人員安全。其低導通電阻和良好的熱性能也有助于提高斷路器的效率和可靠性。

3.2 浪涌電流控制

在需要控制浪涌電流的電路中，該器件的高脈沖電流承受能力和快速響應特性可以有效地抑制浪涌電流，保護電路元件不受損壞。

3.3 電池斷開

在電池斷開電路中，常關能力和短路保護功能可以確保在需要時可靠地斷開電池連接，防止電池過放或其他安全問題。

3.4 大功率開關模式轉換器（>25kW）

對于大功率開關模式轉換器，低導通電阻可以降低傳導損耗，提高轉換效率；良好的熱性能可以保證在高功率運行時的穩定性；而可分別訪問 JFET 和 MOSFET 柵極的設計則有助于實現更好的速度控制和多個器件的并聯，滿足大功率應用的需求。

3.5 浪涌保護

在浪涌保護電路中，該器件的高脈沖電流承受能力和快速響應能力可以有效地吸收和釋放浪涌能量，保護后續電路。

3.6 固態/半導體繼電器

在固態/半導體繼電器中，UG4SC075009K4S 的常關能力和良好的開關性能可以實現可靠的繼電器功能，并且具有更快的響應速度和更長的使用壽命。

四、電氣特性

4.1 靜態特性

擊穿電壓：漏源擊穿電壓（$BV_{DS}$）為 750V，這表明該器件能夠承受較高的電壓，適用于高壓應用場景。
漏極泄漏電流：在不同的溫度和電壓條件下，總漏極泄漏電流（$I{DSS}$）有所不同。在 $T{J}=25°C$ 時，$I{DSS}$ 為 4 - 84mA；在 $T{J}=175°C$ 時，$I_{DSS}$ 為 35mA。泄漏電流的大小會影響電路的功耗和穩定性，在設計時需要根據具體應用進行考慮。
柵極泄漏電流：總 JFET 柵極泄漏電流（$I{JGSS}$）和總 MOSFET 柵極泄漏電流（$I{GSS}$）也有相應的參數范圍。這些參數對于柵極驅動電路的設計非常重要，需要確保柵極驅動能夠提供足夠的電流來控制器件的開關狀態。
導通電阻：漏源導通電阻（$R{DS(on)}$）在不同的溫度和電流條件下有所變化。在 $T{J}=25°C$ 時，$R{DS(on)}$ 為 8.4 - 11.5mΩ；在 $T{J}=125°C$ 時，$R{DS(on)}$ 為 14.8mΩ；在 $T{J}=175°C$ 時，$R_{DS(on)}$ 為 19.4mΩ。導通電阻的變化會影響電路的功率損耗，在高溫環境下需要特別關注。
閾值電壓：JFET 柵極閾值電壓（$V{JG(th)}$）和 MOSFET 柵極閾值電壓（$V{G(th)}$）分別為 -11.3 - -6.7V 和 3.5 - 5.5V。閾值電壓是控制器件開關的重要參數，在設計柵極驅動電路時需要根據閾值電壓來確定合適的驅動電壓。

4.2 反向二極管特性

正向電流：二極管連續正向電流（$I{S}$）在 $T{C}<61°C$ 時可達 106A，二極管脈沖電流（$I{S.pulse}$）在 $T{C}=25°C$ 時可達 344A。這表明反向二極管能夠承受較大的電流，在電路中可以起到保護和續流的作用。
正向電壓：正向電壓（$V{FSD}$）在不同的溫度和電流條件下有所不同。在 $T{J}=25°C$ 時，$V{FSD}$ 為 1.10 - 1.24V；在 $T{J}=175°C$ 時，$V_{FSD}$ 為 1.14V。正向電壓的大小會影響二極管的功率損耗，在設計時需要考慮。
反向恢復特性：反向恢復電荷（$Q{rr}$）和反向恢復時間（$t{rr}$）在不同的溫度和電流條件下也有所變化。在 $T{J}=25°C$ 時，$Q{rr}$ 為 368nC，$t{rr}$ 為 31ns；在 $T{J}=150°C$ 時，$Q{rr}$ 為 433nC，$t{rr}$ 為 35ns。反向恢復特性對于開關速度和電磁干擾有重要影響，在高頻開關應用中需要特別關注。

4.3 動態特性

4.3.1 以 MOSFET 柵極為控制端

電容特性：MOSFET 輸入電容（$C{iss}$）、輸出電容（$C{oss}$）和反向傳輸電容（$C_{rss}$）分別為 3340pF、230pF 和 1.4pF。這些電容會影響器件的開關速度和驅動功率，在設計柵極驅動電路時需要考慮電容的充放電時間。
柵極電荷：總柵極電荷（$Q{G}$）、柵 - 漏電荷（$Q{GD}$）和柵 - 源電荷（$Q_{GS}$）分別為 75nC、13nC 和 22nC。柵極電荷的大小決定了柵極驅動所需的電荷量，從而影響驅動電路的設計。
開關時間和能量：開關時間包括導通延遲時間（$t{d(on)}$）、上升時間（$t{r}$）、關斷延遲時間（$t{d(off)}$）和下降時間（$t{f}$）；開關能量包括導通能量（$E{ON}$）、關斷能量（$E{OFF}$）和總開關能量（$E_{TOTAL}$）。這些參數對于評估器件的開關性能和功率損耗非常重要，在高頻開關應用中需要盡量減小開關時間和能量。

4.3.2 以 JFET 柵極為控制端

電容特性：JFET 輸入電容（$C{jiss}$）、輸出電容（$C{Joss}$）和反向傳輸電容（$C_{Jrss}$）分別為 1965pF、226pF 和 222pF。同樣，這些電容會影響 JFET 的開關速度和驅動功率。
柵極電荷：JFET 總柵極電荷（$Q{JG}$）、柵 - 漏電荷（$Q{JGD}$）和柵 - 源電荷（$Q_{JGS}$）分別為 304nC、159nC 和 50nC。這些參數對于設計 JFET 柵極驅動電路非常重要。

五、推薦柵極驅動方法：ClampDRIVE 方法

由于 JFET 柵極和 MOSFET 柵極都可訪問，因此可以采用更多的參數和方法來控制器件的開關行為。推薦的柵極驅動方法是 ClampDRIVE 方法，該方法可以同時實現所需的導通速度、關斷速度和反向恢復性能。

5.1 工作原理

該方法的主要思想是動態調整 JFET 柵極電阻值 $R{JG}$。在關斷狀態下，$R{JG}$ 足夠小，以避免反向恢復問題；在關斷瞬態期間，將 $R_{JG}$ 設置為較高的值，以實現所需的關斷性能。

5.2 電路實現

可以使用具有米勒鉗位預驅動輸出的商用現成柵極驅動器輕松實現該方法。通過控制鉗位 MOSFET M2 的導通和關斷，來改變 JFET 柵極電阻的有效阻值。在導通狀態下，CLAMPDRV 為低電平，M2 關斷，有效 JFET 柵極電阻為 $R_{JGOFF}$；在關斷瞬態期間，CLAMPDRV 保持低電平，直到器件完全關斷，此時 JFET 柵極電阻為 $R{JGOFF}$，可有效控制關斷速度；在關斷狀態下，CLAMPDRV 為高電平，M2 導通，有效 JFET 柵極電阻為 $R{JGOFF}$ 和 $R{JGON}$ 的并聯值，$R{JGON}$ 可選擇得足夠小，以防止反向恢復問題；在導通瞬態期間，JFET 柵極電流可能通過 M2 的體二極管和 $R{JGON}$ 流入 JFET 柵極，因此導通過程也由 $R{JG_ON}$ 決定。

通過選擇合適的 JFET 柵極電阻 $R_{JGON}$ 和 $R{JG_OFF}$，可以實現 SiC 共源共柵 FET 的最佳開關性能。