CMF10120D-碳化硅功率 MOSFET Z-FeTTM MOSFET VDS N 沟道增强模式 特点 • • • • • • Qg = 160 mΩ = 47 nC D D 业界领先的导通电阻 RDS(on) 高速开关 低电容 便于并联 易于驱动 无铅镀层，符合 RoHS，无卤素 G G SS TO-247-3 更高的系统效率 更低的冷却要求 雪崩耐受性强 系统开关频率更高 应用 • • • RDS(on) 封装 优点 • • • • = 1200 V 部件号 封装 CMF10120D TO-247-3 太阳能逆变器 高压 DC/DC 转换器 电机驱动器 最大额定值 符号 参数 ID 持续漏极电流 IDpulse 脉冲漏极电流 24 12 单位 A 测试条件 VGS@20V，TC = 25˚C VGS@20V，TC = 100˚C 49 A 脉冲宽度 tP 受 Tjmax 限制 TC = 25˚C EAS 单脉冲雪崩能量 500 mJ ID = 10A，VDD = 50 V， L = 9.5 mH EAR 重复雪崩能量 400 mJ tAR 受 Tjmax 限制 IAR 重复雪崩电流 10 A VGS 栅极源极电压 -5/+25 V Ptot 功率耗散 152 W -55 至 +125 ˚C ˚C TJ，Tstg 1 值 工作结温和存储温度 TL 焊接温度 260 Md 安装扭矩 1 8.8 CMF10120D Rev. A ID = 10A，VDD = 50 V，L = 3 mH tAR 受 Tjmax 限制 TC=25˚C 距外壳 1.6mm (0.063”)，持续 10 秒 Nm lbf-in M3 或 6-32 螺丝 注 电气特征 符号 参数 V(BR)DSS 漏极-源极击穿电压 VGS(th) 栅极阈值电压 IDSS 零栅极电压漏极电流 IGSS 栅极-源极漏电流 RDS(on) 最小 典型 1200 2.5 0.5 50 5 125 250 160 220 190 260 3.7 跨导 Ciss 输入电容 928 Coss 输出电容 63 反向传输电容 7.45 td(on)i 导通延迟时间 7 tfi 上升时间 14 关断延迟时间 46 下降时间 37 V μA nA mΩ S 3.4 Crss td(off)i 4 1.8 漏极-源极导通电阻 单位 V gfs tr 最大 测试条件 注 VGS = -5V，ID = 50μA VDS = VGS，ID = 500uA，TJ = 25ºC 1 VDS = VGS，ID = 500uA，TJ = 125ºC VDS = 1200V，VGS = 0V，TJ = 25ºC VDS = 1200V，VGS = 0V，TJ = 125ºC VGS = 20V，VDS = 0V VGS = 20V，ID = 10A，TJ = 25ºC 图 4 VGS = 20V，ID = 10A，TJ = 125ºC VDS= 20V，IDS= 10A，TJ = 25ºC VDS= 20V，IDS= 10A，TJ = 125ºC 图 3 VGS = 0V pF VDS = 800V 图 5 f = 1MHz VAC = 25mV VDD = 800V ns VGS = -2/20V ID = 10A EON 导通开关损耗 261 μJ EOff 关断开关损耗 120 μJ RG 内部栅极电阻 13.6 Ω 图 12 RG = 6.8Ω L = 856μH 按照 JEDEC24 第 27 页 VGS = 0V，f = 1MHz，VAC = 25mV 注：1.建议的导通 VGS 为 +20V，建议的关断 VGS 为 -2V 到 -5V 之间 反向二极管特征 符号 参数 典型 最大 单位 3.5 Vsd 二极管正向电压 V trr 反向恢复时间 138 ns Qrr 反向恢复电荷 94 nC Irrm 峰值反向恢复电流 1.57 A 3.1 测试条件 注 VGS = -5V，IF=5A，TJ = 25ºC VGS = -2V，IF=5A，TJ = 25ºC VGS = -5V，IF=10A，TJ = 25ºC VR = 800V， diF/dt= 100A/μs 图 13，14 热特征 符号 参数 典型 RθJC 热阻，结到外壳 0.66 RθCS 外壳到散热器，带散热膏 0.25 RθJA 热阻，结到环境 最大 单位 测试条件 °C/W 注 图 6 40 栅极电荷特征 符号 2 参数 典型 Qgs 栅-源极电荷 11.8 Qgd 栅-漏极电荷 21.5 Qg 栅极总电荷 47.1 CMF10120D Rev. A 最大 单位 nC 测试条件 VDD = 800V ID =10A VGS = -2/20V 按照 JEDEC24-2 注 图 9 典型性能 60 20V V GS= 50 18V V GS= 40 ID (A) ID (A) 6V V GS=1 30 VGS=14V 20 VGS=12V 10 VGS=10V 0 0 5 10 VDS (V) 15 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0V =2 V GS 18V V GS= 16V V GS= 14V V GS= VGS=12V VGS=10V 0 20 20 1.2 25 1.1 归一化导通电阻 (on) Normalized RDS(on) VDS =25V 20 ID(A) 15 图 2.典型输出特征 TJ = 125ºC 30 T = 125°C 15 10 T = 25°C 5 1 0.9 VGS=20V 0.8 0.7 0 0.6 0 5 10 15 VGS(V) 0 20 25 Ciss 10 1 Coss 100 Crss 10000 1000 1000 Capacitance (pF) Capacitance (pF) 100 Coss 10000 VGS = 0 V VGS = 0 V f = 1 MHz f = 1 MHz Ciss 1000 1000 Crss 10 100 10 1 1 0 0 50 50100 VDS (V) 150 100 200 150 200 Ciss 100 10 100 125 150 VGS = 0 V fC= 1 MHz iss Coss Coss Crss Crss VGS = 0 V f = 1 MHz 1 0 200 0 VDS (V) 图 5A 和 5B.典型电容与漏极-源极电压的关系 CMF10120D Rev. A 75 图 4.归一化导通电阻与温度的关系 电容 (pF) (pF) Capacitance 10000 10000 50 Temp (°C) 图 3.典型传输特征 3 10 VDS (V) 图 1.典型输出特征 TJ = 25ºC Capacitance 电容 (pF)(pF) 5 400 200 VDS (V) 600 400 VDS (V) 800 600 800 典型性能 1 Thermal热阻抗 Resistance (°C/W) (°C/W) 0.1 0.01 0.001 0.0001 1E-6 10E-6 100E-6 1E-3 10E-3 100E-3 1 10 Time(S) (sec) 时间 400 160 350 140 300 120 250 100 200 80 150 开关能量 (μJ) 开关能量 (μJ) 图 6.瞬态热阻抗，结至外壳 VGS= -2/20V RG= 11.8Ω 总计 VDD= 800V ID= 10A 100 50 60 VGS= -2/20V RG= 11.8Ω 总计 VDD= 800V ID= 10A 40 20 0 0 0 2 4 6 8 10 12 0 14 2 漏极电流 (A) 20 10 开关能量 (μJ) Switching Energy (µJ) VGS (V) 10 12 14 250 ID=10A VDD=800V 5 0 200 10 20 30 Gate Charge (nC) 栅极电荷 (nC) 40 CMF10120D Rev. A 50 EON EOFF 150 100 50 0 0 图 9.25°C 时的典型栅极电荷特征 4 8 300 15 6 图 8.电感开关能量（关断）与漏极电流的关系 图 7.电感开关能量（导通）与漏极电流的关系 -5 4 漏极电流 (A) 25 45 65 85 Temp C) 温度 (°( C) 105 图 10.电感开关能量与温度的关系 125 钳位电感开关测试装置 tw 脉冲持续时间 VGS(on) 90% 90% 输入 (Vi) 50% 50% 10% 856μH 10% VGS(off) C2D10120D 10A、1200V SiC 肖特基 输入脉冲 下降时间 输入脉冲 上升时间 + 800V 42.3μf - tfi td(on)i iD(on) CMF10120D 被测器件 tri td(off)i 10% 10% 输出 (iD) 90% 90% iD(off) toff(i) ton(i) 图 11.开关波形测试电路 图 12.开关测试波形时间 trr Qrr= id dt tx ∫ trr Ic tx 10% Irr 10% Vcc 856μH Vcc Vpk CMF10120D 被测器件 + Irr 800V - 42.3μf 二极管恢复 波形 CMF10120D t2 Erec= id dt t1 ∫ 二极管反向 恢复能量 t1 t2 图 13.体二极管恢复波形 5 CMF10120D Rev. A 图 14.体二极管恢复测试 被测器件 栅极驱动 控制 电流感测 间隔 1 间隔 2 EA = 1/2L x ID2 图 15.雪崩测试电路 6 CMF10120D Rev. A 图 16.理论雪崩波形 封装尺寸 封装 TO-247-3 位置 英寸 最大 最小 最大 A .605 .635 15.367 16.130 B .800 .831 20.320 21.10 C .780 .800 19.810 20.320 D .095 .133 2.413 3.380 E .046 .052 1.58 1.321 F .060 .095 1.524 2.410 G 引脚 1 引脚 2 外壳 引脚 3 毫米 最小 .215 典型 5.460 典型 H .175 .205 4.450 5.210 J .075 .085 1.910 2.160 K 6° 21° 6° 21° L 4° 6° 4° 6° M 2° 4° 2° 4° N 2° 4° 2° 4° P .090 .100 2.286 2.540 Q .020 .030 .508 .752 R 9° 11° 9° 11° S 9° 11° 9° 11° T 2° 8° 2° 8° U 2° 8° 2° 8° 3.658 V .137 .144 3.487 W .210 .248 5.334 6.358 X .502 .557 12.751 14.150 Y .637 .695 16.180 17.653 Z .038 .052 0.964 1.321 AA .110 .140 2.794 3.556 BB .030 .046 .0766 1.168 CC .161 .176 4.100 4.472 建议的焊盘布局 部件号 封装 CMF10120D TO-247-3 本产品中对环境有害物质、持久性生物毒性物质 (PBT)、持久性有机污染物 (POP) 或其它受限制原料的含量低于此类物质所允许的最大浓度值 (也称为阈值)，或者依照欧盟关于在电气和电子设备中限制 使用某些有害物质的 2002/95/EC 号指令 (RoHS) 用于可豁免的应用场合 (修订截至 2006 年 4 月 21 日)。 本产品并未针对以下应用进行设计或测试，也不用于以下应用：植入人体的应用；产品失效可能导致死亡、人员受伤或财产损失的应用，包括但不限 于用于以下操作中的装置：核设施、生命维持机器、心脏除颤器或类似的急救设备、飞行器导航、通信或控制系统、空中交通控制系统、武器系统。 版权所有 © 2010-2011 Cree, Inc. 保留所有权利。本文档中的信息若有更改，恕不另行通知。Cree 和 Cree 徽标是 Cree, Inc. 的注册商标， Z-REC 和 Z-FET 是 Cree, Inc. 的商标。 7 CMF10120D Rev. A 华刚国际贸易有限公司 香港沙田香港科学园 科技大道东 2 号 光电子中心 3 楼 301室 电话：+852 2424 8228 传真：+852 2422 2737 电邮：[email protected] 应用信息： Cree 碳化硅 (SiC) DMOSFET 已消除了硅 MOSFET 的电压上限。不过，与高压硅 MOSFET 的通常特点相比，它们在特征方面有一些区别。这些区别需要加以认真处理，以便最大程 度发挥 SiC DMOSFET 的优势。通常，尽管 SiC DMOSFET 与同类硅产品相比是一种出色的 开关产品，不过，也不应将它视作现有应用中的直接替代元件。 应用 SiC DMOSFET 时，需要牢记两个关键特征：适量的跨导和无关断拖尾。适量的跨导要 求 VGS 为 20V，以达到最优性能。从图 1-3 中所示的输出和传输特征中可看出这点。这一适 量的跨导还会影响以下转换过程，即由于 VDS 的作用，器件从作为一个电压控制的电阻，转换 成作为一个电压控制的电流源。其结果是，转换发生时的 VDS 值，要比通常 Si MOSFET 和 IGBT 的高。这可能会影响抗去饱和电路的工作，尤其是当电路利用器件在低正向电压下进入恒 流区域这一特性时。 这一适量的跨导在设计栅极驱动电路时需要加以认真考虑。第一个显而易见的要求是，栅极驱 动器需要能实现 22V (或更高的) 摆幅。建议的导通 VGS 为 +20V，建议的关断 VGS 为 0V 到 -5V 之间。请注意，尽管与典型的硅 MOSFET 和 IGBT 相比，SiC DMOSFET 的栅极电 压摆幅更高，但它的栅极总电荷要低得多。实际上，对于 SiC DMOSFET，其栅极电压摆幅与 栅极电荷的乘积要比相当的硅器件小。栅极电压必须具有快速的 dV/dt，以实现较短的开关时 间，这表明需要一个非常低阻抗的驱动器。最后，必须仔细控制栅极驱动脉冲的保真度。标称阈 值电压为 2.3V，且器件在 VGS 达到 16V 以上之前，没有完全导通 (dVDS/dt ≈ 0)。这一范 围明显比硅 MOSFET 和 IGBT 的要宽。其最终结果是，SiC DMOSFET 具有略低的 “噪声容 限”。栅极驱动信号上存在的任何过大振荡，都可能造成器件意外导通或部分关断。应仔细选择 栅极电阻，以确保栅极驱动脉冲得到充分阻尼。对于一阶，栅极电路可以近似为一个简单的串联 RLC 电路，用一个电压脉冲驱动，如下所示。 2.5V 8 CMF10120D Rev. A 如所示，若使 LLOOP 最小，会使临界阻尼所需的 RLOOP 值最小。使 LLOOP 最小还会使上升/下降 时间最短。所以，强烈建议使栅极驱动的位置尽可能靠近 SiC DMOSFET，以使 LLOOP 最小。 我们使用了一个 6.8 Ω 的外部电阻，来描绘此器件的特征。只要能维持栅极脉冲保真度，也可 以使用较小的外部栅极电阻。在不使用外部栅极电阻的情况下，建议您检查栅极电流，来间接地 验证栅极电路中不存在振荡。可以用一个很小的电流互感器来做到这点。推荐的装置是一个如下 所示的双级电流互感器： 双级电流互感器的第一级由 10 圈绕在一个很小的高磁导率电芯上的 AWG 30 电线构成。推荐 使用 Ferroxcube 3E27 材料。第二级是一个小型宽带电流互感器，例如 Tektronix CT-2。最 后，应将一个独立的源极回路用于栅极驱动，如下所示： 9 CMF10120D Rev. A 源极引线上的杂散电感会造成负载 di/dt 反馈到栅极驱动中， 从而造成以下后果： • 开关 di/dt 受限 • 可能造成振荡 强烈建议使用带有独立 源极回路的开尔文栅极连接 负载电流 负载电流 20V 20V R 栅极 R 栅极 驱动 SiC DMOS 驱动 SiC DMOS 驱动 驱动 负载电流 L 杂散 负载电流 SiC DMOSFET 的一个重要好处是，它消除了可在硅 IGBT 中观察到的拖尾电流。不过，必须注 意，电流拖尾现象在关断期间提供了一定程度上的寄生阻尼。当将硅 IGBT 替换成 SiC DMOSFET 时，通常可观察到额外的振荡和过冲。额外的电压过冲可能会高到足以毁坏器件的程度。所以， 必须控制好输出互连寄生效应 (及缓冲器)，以防止振荡和过冲造成问题。 ESD 额定值 10 ESD 测试 器件总取样数 结果分类 ESD-HBM 所有器件均通过了 1000V 2 (>2000V) ESD-MM 所有器件均通过了 400V C (>400V) ESD-CDM 所有器件均通过了 1000V IV (>1000V) CMF10120D Rev. A