碳化矽JFET助推功率轉換電路的設計方案

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碳化矽JFET助推功率轉換電路的設計方案

fzyiye 發表於 2021-01-08 14:53:02

碳化矽（SiC）JFET是一種電晶體類型，它提供單位面積上最低的導通電阻RDS（on），是一種性能穩定的器件。與傳統的MOSFET器件相比，JFET不易發生故障，適合斷路器和限流應用。例如，如果你用1毫安的電流偏置一個JFET的柵極，並監控柵極電壓Vgs，見圖1，你可以監控器件的溫度，因為Vgs隨溫度線性降低。此屬性對於需要功率場效應管（Sic JFET）的功率模塊應用程式特別有用，它可以監視其自身的運行狀況。

圖1:UnitedSiC的SIC JFET和SIC共源共柵結構的FET

對於需要常閉設備的電力電子應用，我們開發了一種共源共柵結構的SiC，見圖1。在共源共柵結構中，功率MOSFET堆疊在JFET的頂部，並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，並且具有5 V閾值，使其成為12V柵極驅動應用的理想選擇。

我們開發的650伏-1200伏碳化矽器件有許多潛在的應用領域，從汽車到可再生能源。見圖2。

圖2：主要應用領域和SiC場效應電晶體的好處

功率轉換、電路保護和電機驅動都是功率場效應電晶體的常用案例。所提到的許多應用的一個共同特點是，柵極驅動特性與其他一些器件（如mosfet和igbt）兼容，使得它們易於在現有的開發中進行設計。sic jfet比sic mosfet在長時間和重複的短路循環方面更為穩定，所使用的燒結工藝技術實現了較低的熱阻，這對於某些液冷設計（如汽車）非常有利。

對於可再生能源設備，如太陽能逆變器和儲能設備，我們的碳化矽器件具有極低的RDS（on）特性，可將散熱量保持在最低水平。從電路保護的角度來看，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的競爭力。

我們的SiC FET，即使在MOSFET共源共柵結構中，也提供了業界最低的RDS（on）規格，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設備的行業比較

由於RDS（on）隨溫度穩定增加，我們的SiC FET器件很容易並聯，但是溫度的增加比同類矽器件低得多。例如，在圖4（左圖）中，7 mW 650 V部件RDS（on）在150°C時仍低於10 mΩ。

圖4：接通電阻和溫度的比較

UnitedSiC FET系列可以並聯在一起，安裝在一個液冷散熱器上，並以更高的頻率驅動，所有這些對於過去選擇IGBT的各種電力電子應用都是有價值的規範參數。此外，我們的碳化矽器件不顯示膝電壓，集成了一個優異的體二極體，並足夠穩定。在沒有膝電壓的情況下，即使在中等負載下，器件也能以非常高的效率工作。

使用共源共柵技術安排，我們已經能夠將大多數封裝尺寸中電阻最低的場效應電晶體推向市場。例如，我們的UF3SC06503D8S和xx40D8S SiC FET採用DFN8x8封裝，25°C下的RDS（on）分別為34 mΩ和45 mΩ。即使在高溫下，電阻也不會顯著增加，與其他有競爭力的矽和氮化鎵器件相比，電阻提高了2到3倍。另外，兩種器件的電容值都相對較低，這進一步有助於功率轉換電路的設計。

通常使用jfet可以簡化反激變換器的設計。我們的緊湊型、極低導通電阻的650 V至1700 V JFET，可用於啟動反激電路-見圖5。開始時，電流流過一次繞組、JFET Q2、二極體D2和電阻器R1，為電容器C1充電，後者為控制IC提供電源。一旦C1上的電壓超過控制IC的欠壓鎖定，連接到控制IC的MOSFET Q1就開始切換。

圖5:MOSFET、反激變換器IC和JFET的創新封裝，以生產複雜的高性能轉換器

通過將控制IC和MOSFET Q1封裝到單個IC中，然後將JFET Q1與之共同封裝，可產生緊湊、高性能、經濟高效的反激解決方案。進一步縮小變頻器的體積，使變頻器的物理尺寸進一步減小。這種設計方法可以使用1700伏JFET在額定400v母線電壓下工作，最高可達1000v。從智慧型手機充電器到工業電源，各種電源設計都可以用這種方式設計。
編輯：hfy

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