【導讀】在電路保護領域，斷路器承擔著防御過流與短路風險的關鍵角色。與傳統(tǒng)僅關注過流保護不同，碳化硅JFET（SiC JFET）技術的引入，為固態(tài)斷路器（SSCB）帶來了顯著的高溫耐受性與開關性能提升，使其在高溫、高功率等苛刻工況中具備穩(wěn)定可靠的保護能力。
在電路保護領域，斷路器承擔著防御過流與短路風險的關鍵角色。與傳統(tǒng)僅關注過流保護不同，碳化硅JFET（SiC JFET）技術的引入，為固態(tài)斷路器（SSCB）帶來了顯著的高溫耐受性與開關性能提升，使其在高溫、高功率等苛刻工況中具備穩(wěn)定可靠的保護能力。
機電式斷路器的設計可追溯至 20 世紀 20 年代，如今仍被廣泛應用。與早期的熔斷器設計相比，斷路器具有顯著優(yōu)勢 ——可重復使用，而早期的熔斷器使用一次后就必須更換。
如今，隨著寬禁帶半導體技術的發(fā)展，固態(tài)斷路器正占據(jù)更大的市場份額。與硅基半導體相比，寬禁帶半導體開關在正常運行期間具有更低的通態(tài)損耗和更高的效率。
固態(tài)斷路器（又稱電子斷路器）不含機械部件，因為其開關核心是半導體。它通過電子元件檢測故障狀態(tài)并切斷電路，以確保電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性。
固態(tài)斷路器具有響應速度更快、可動態(tài)調(diào)節(jié)的特點，還可連接至智能網(wǎng)絡，并支持遠程監(jiān)控。其應用場景十分廣泛，涵蓋住宅、商業(yè)及工業(yè)交流（AC）系統(tǒng)；同時也可用于高壓直流（HV DC）系統(tǒng)，例如作為電動汽車中高壓電池的隔離開關。
固態(tài)斷路器框圖
下圖展示了一種采用安森美推薦產(chǎn)品的固態(tài)斷路器解決方案框圖。其中最關鍵的組成部分是取代傳統(tǒng)電磁繼電器的開關。柵極驅(qū)動器用于控制開關，接口模塊則實現(xiàn)器件間的通信。另一核心部分是檢測模塊，包含電流檢測與溫度檢測功能。為增強系統(tǒng)性能，可集成接地故障斷路器（GFCI）。
碳化硅JFET
結(jié)型場效應晶體管（JFET）是一種單極晶體管，主要依賴多數(shù)載流子進行導電。它與MOSFET類似，都是基于電場效應原理工作，屬于電壓控制型器件，無需偏置電流。
兩者的主要區(qū)別在于，JFET是一種耗盡型器件（即默認導通狀態(tài)），需要施加反向偏置電壓才能關斷并保持關斷狀態(tài)。雖然某些半導體繼電器應用可以從這種默認導通狀態(tài)中受益，但大多數(shù)應用需要的是默認關斷狀態(tài)。通過增加一些外部元件，即使在未施加電源的情況下，也可以構(gòu)建出一個默認關斷的開關。
圖1展示了VGS=0且漏源電壓VDS近乎為零時SiC JFET的截面結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)代表JFET芯片中數(shù)千個并聯(lián)單元之一。安森美SiC JFET具有兩個PN結(jié)（二極管）：漏極-柵極和柵極-源極。在這種無偏置狀態(tài)下，漏極與源極之間存在高導電性溝道，使得電子可雙向自由流動，從而實現(xiàn)了安森美SiC JFET特有的低導通電阻特性。
安森美可提供SiC JFET、SiC Cascode JFET和SiC Combo JFET三個系列的產(chǎn)品，每種類型都有其獨特性能，適用于不同的應用場景。其中SiC JFET可使固態(tài)斷路器（SSCB）在高達175°C的機殼材料極限溫度下工作；而SiC材料本身能夠承受更高的溫度。
圖1：標注電流路徑的縱向JFET結(jié)構(gòu)示意圖
SiC JFET
?常開型SiC JFET
?具備最低的Rds
?RDS(VGS 2V) = 7 m?, RDS(VGS 0V) = 8 m?
?適用于斷路器及限流應用
?導通狀態(tài)下JFET的柵源電壓（VGS）可直接反映器件結(jié)溫（TJ），是自監(jiān)測功率器件的理想解決方案
SiC Cascode JFET
?與硅基 MOSFET共封裝
?常關型
?支持標準柵極驅(qū)動
?內(nèi)置JFET柵極電阻
?適用于高頻開關應用
SiC Combo JFET
?可獨立控制MOS管和JFET的柵極，實現(xiàn)對開關dV/dt的精確調(diào)控
?可直接驅(qū)動JFET柵極，在VGS=+2V條件下RDS(ON)降低10%~15%
?簡化多個JFET并聯(lián)使用
?采用與分立JFET + MOSFET相同的柵極驅(qū)動方式
?顯著節(jié)省電路板空間
圖2：JFET（上圖）、Cascode JFET（左下圖）和Combo-JFET（右下圖）的符號示意圖
產(chǎn)品核心價值
安森美EliteSiC Combo JFET
SiC Combo JFET 型號： UG4SC075005L8S
將一個 750V 的 SiC JFET 和一個低壓Si MOSFET集成在單個TOLL封裝中。
?750 V, 120 A
?超低導通電阻 RDS(ON)： 25?°C 時為 5 mΩ， 175?°C 時為 12.2 mΩ
? 具備常關特性
?優(yōu)化多個器件并聯(lián)工作性能
?工作溫度最高可達 175?°C
?具有高脈沖電流能力
?極佳器件穩(wěn)健性
?短路耐受能力
?采用無引腳 TOLL 封裝（MO-229）
圖3：UG4SC075005L8S與競品導通電阻對比（單位：m?）
Combo JFET評估板
該評估板展示了基于安森美Combo JFET 器件 UG4SC075005L8S 的固態(tài)斷路器設計。
SiC Combo JFET是由一個低壓Si MOSFET和一個高壓SiC常開型JFET組成的復合器件。SiC JFET和Si MOSFET的柵極均可獨立接入。與標準共源共柵結(jié)構(gòu)相比，SiC Combo JFET具有以下優(yōu)勢：通過驅(qū)動實現(xiàn)更低的導通電阻 RDS(ON)、可完全控制開關速度，以及具備結(jié)溫檢測能力。
圖4：Combo JFET評估板正反面視圖
（作者：安森美）
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