Cree CSD01060 碳化硅肖特基二极管

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
[email protected],TC = 25˚C
[email protected],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