碳化硅JFET助推功率轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)方案

碳化硅（SiC）JFET是一種晶體管類型，它提供單位面積上最低的導(dǎo)通電阻RDS（on），是一種性能穩(wěn)定的器件。與傳統(tǒng)的MOSFET器件相比，JFET不易發(fā)生故障，適合斷路器和限流應(yīng)用。例如，如果你用1毫安的電流偏置一個(gè)JFET的柵極，并監(jiān)控柵極電壓Vgs，見(jiàn)圖1，你可以監(jiān)控器件的溫度，因?yàn)閂gs隨溫度線性降低。此屬性對(duì)于需要功率場(chǎng)效應(yīng)管（Sic JFET）的功率模塊應(yīng)用程序特別有用，它可以監(jiān)視其自身的運(yùn)行狀況。

圖1:UnitedSiC的SIC JFET和SIC共源共柵結(jié)構(gòu)的FET

對(duì)于需要常閉設(shè)備的電力電子應(yīng)用，我們開(kāi)發(fā)了一種共源共柵結(jié)構(gòu)的SiC，見(jiàn)圖1。在共源共柵結(jié)構(gòu)中，功率MOSFET堆疊在JFET的頂部，并封裝在一起以獲得非常低的熱阻。MOSFET具有+/-20 V柵極額定值，具有ESD保護(hù)，并且具有5 V閾值，使其成為12V柵極驅(qū)動(dòng)應(yīng)用的理想選擇。

我們開(kāi)發(fā)的650伏-1200伏碳化硅器件有許多潛在的應(yīng)用領(lǐng)域，從汽車到可再生能源。見(jiàn)圖2。

圖2：主要應(yīng)用領(lǐng)域和SiC場(chǎng)效應(yīng)晶體管的好處

功率轉(zhuǎn)換、電路保護(hù)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)都是功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的常用案例。所提到的許多應(yīng)用的一個(gè)共同特點(diǎn)是，柵極驅(qū)動(dòng)特性與其他一些器件（如mosfet和igbt）兼容，使得它們易于在現(xiàn)有的開(kāi)發(fā)中進(jìn)行設(shè)計(jì)。sic jfet比sic mosfet在長(zhǎng)時(shí)間和重復(fù)的短路循環(huán)方面更為穩(wěn)定，所使用的燒結(jié)工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)了較低的熱阻，這對(duì)于某些液冷設(shè)計(jì)（如汽車）非常有利。

對(duì)于可再生能源設(shè)備，如太陽(yáng)能逆變器和儲(chǔ)能設(shè)備，我們的碳化硅器件具有極低的RDS（on）特性，可將散熱量保持在最低水平。從電路保護(hù)的角度來(lái)看，低RDS（on）也使得sic jfet的使用與低接觸電阻繼電器和接觸器具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。

我們的SiC FET，即使在MOSFET共源共柵結(jié)構(gòu)中，也提供了業(yè)界最低的RDS（on）規(guī)格，如圖3所示。650V的器件只有7MΩ，而1200V的器件只有9MΩ。

圖3:RDS最低的UnitedSiC SiC設(shè)備的行業(yè)比較

由于RDS（on）隨溫度穩(wěn)定增加，我們的SiC FET器件很容易并聯(lián)，但是溫度的增加比同類硅器件低得多。例如，在圖4（左圖）中，7 mW 650 V部件RDS（on）在150°C時(shí)仍低于10 mΩ。

圖4：接通電阻和溫度的比較

UnitedSiC FET系列可以并聯(lián)在一起，安裝在一個(gè)液冷散熱器上，并以更高的頻率驅(qū)動(dòng)，所有這些對(duì)于過(guò)去選擇IGBT的各種電力電子應(yīng)用都是有價(jià)值的規(guī)范參數(shù)。此外，我們的碳化硅器件不顯示膝電壓，集成了一個(gè)優(yōu)異的體二極管，并足夠穩(wěn)定。在沒(méi)有膝電壓的情況下，即使在中等負(fù)載下，器件也能以非常高的效率工作。

使用共源共柵技術(shù)安排，我們已經(jīng)能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)封裝尺寸中電阻最低的場(chǎng)效應(yīng)晶體管推向市場(chǎng)。例如，我們的UF3SC06503D8S和xx40D8S SiC FET采用DFN8x8封裝，25°C下的RDS（on）分別為34 mΩ和45 mΩ。即使在高溫下，電阻也不會(huì)顯著增加，與其他有競(jìng)爭(zhēng)力的硅和氮化鎵器件相比，電阻提高了2到3倍。另外，兩種器件的電容值都相對(duì)較低，這進(jìn)一步有助于功率轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。

通常使用jfet可以簡(jiǎn)化反激變換器的設(shè)計(jì)。我們的緊湊型、極低導(dǎo)通電阻的650 V至1700 V JFET，可用于啟動(dòng)反激電路-見(jiàn)圖5。開(kāi)始時(shí)，電流流過(guò)一次繞組、JFET Q2、二極管D2和電阻器R1，為電容器C1充電，后者為控制IC提供電源。一旦C1上的電壓超過(guò)控制IC的欠壓鎖定，連接到控制IC的MOSFET Q1就開(kāi)始切換。

圖5:MOSFET、反激變換器IC和JFET的創(chuàng)新封裝，以生產(chǎn)復(fù)雜的高性能轉(zhuǎn)換器

通過(guò)將控制IC和MOSFET Q1封裝到單個(gè)IC中，然后將JFET Q1與之共同封裝，可產(chǎn)生緊湊、高性能、經(jīng)濟(jì)高效的反激解決方案。進(jìn)一步縮小變頻器的體積，使變頻器的物理尺寸進(jìn)一步減小。這種設(shè)計(jì)方法可以使用1700伏JFET在額定400v母線電壓下工作，最高可達(dá)1000v。從智能手機(jī)充電器到工業(yè)電源，各種電源設(shè)計(jì)都可以用這種方式設(shè)計(jì)。
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