圖1(a)顯示了該SiC JFET的簡化橫截面，在柵源電壓VGS = 0和漏源電壓VDS幾乎為零的情況下。這代表了JFET芯片中數千個并聯單元之一，端子標記為源、柵和漏。SiC JFET有兩個PN結，因此有兩個二極管：漏至柵和柵至源，圖中顯示了它們在相應PN結上的疊加。在這種無偏置狀態下，漏與源之間存在一個導電性極高的通道，允許電子在任意方向自由流動，從而產生了SiC JFET獨特的低導通電阻。

每個PN結周圍都是一個高度電阻的耗盡區，因為移動載流子已被排斥出PN結。圖1中的漏-柵耗盡區表示為灰色區域。在(b)中，施加足夠的漏源電壓使電流流動。然而，電流幾乎為零，被由于施加負柵源電壓而擴展的耗盡區阻止。當這些耗盡區相遇時，通道被夾斷。

SiC JFET在沒有施加柵源電壓的情況下是常導(完全導通)的，需要負的VGS才能切換并保持關閉狀態。雖然某些半導體繼電器應用受益于這種常導狀態，但大多數應用需要默認的常關狀態。常導的SiC JFET適用于這兩種類型，因為通過添加一些簡單的組件，可以在沒有控制電源的情況下保持其在常關狀態下。但是，首先，幾個圖表可以幫助理解SiC JFET的結構。

圖2(a)展示了750 V、4.3 m? SiC JFET在TOLL(MO-229)封裝中的輸出特性，部件號為UJ4N075004L8S，測試于室溫。典型部件的柵閾值電壓VG(th) = -6V。

在VGS = -5V時，通道寬度因耗盡區受到高度限制，因此電流流動受到限制。電流隨VDS略有增加，而JFET處于“飽和”狀態。在VGS = -4V時，耗盡區變窄，通道變寬，從而增大了導電性(減少了導通電阻)。該曲線顯示了增加VDS和擴寬耗盡區的效果，導致輸出特性曲線彎曲，直到電流對VDS的增加幾乎不再變化。另一方面，增加VGS會減小耗盡區的寬度，從而增大通道寬度，增加導電性。圖中顯示了對應于某些VGS值的曲線，一直到+2V，這是最后一個VGS測試電壓。

請注意，在這些圖中，RDS(on)是在VGS = 0V或VGS = +2V下表征的導通電阻。略微正的VGS，例如2到2.5V，進一步縮小了漏-柵的耗盡區并降低了RDS(on) 15%，具體取決于工作條件。通常稱為過驅動，這是在不損壞或參數漂移風險的情況下，最小化JFET RDS(on)的一種簡便方法——這又是Qorvo SiC JFET在需要冷卻運行和長壽命的應用中的優勢。

導通電阻的溫度系數(TC)為正，結合通過柵驅動可控的開關速度，使得并聯變得簡單。然而，在選擇部件和決定并聯數量時，必須考慮到強TC。即使在高工作溫度下，SiC JFET在每個封裝大小上的導通損耗也遠低于競爭器件技術。

圖2(b)顯示了SiC JFET的柵電流與VGS的關系，其中SiC JFET的柵源二極管處于正向偏置狀態。溫度依賴的二極管“膝電壓”清晰可見，斜率對應于JFET的柵電阻，約為0.4?。VGS的范圍在2到2.6V之間，IG在毫安范圍內，溫度范圍從-55到175°C。該圖還顯示了JFET的柵源二極管正向電壓溫度系數為-3.2 mV/°C，這可用于通過簡單的差分放大器電路感測JFET芯片的溫度。

SiC材料可以承受高達數百攝氏度的內部溫度而不改變參數，只要能量保持在安全限度內。這使得SiC JFET能夠在任何數量的循環中切斷非常高的電流，包括短路。電機斷路器和繼電器的緊急切換循環數量有限，有時僅為一次。

圖3展示了一種雙向阻斷配置，采用簡單的JFET過驅動電路。該電路通常是導通的，這意味著在沒有柵驅動電源時，JFET是導通的。現成的柵驅動器直接驅動每個JFET的柵，不需要電壓調節。導通狀態電阻的值取決于所需的JFET柵電流;至少1 mA足以過驅動JFET柵，而建議使用5 mA或更高的電流以便于在芯片上進行溫度感測。請注意，由于較大的導通狀態柵電阻，開關速度相對較慢，但對于許多SCB和繼電器應用來說，這種特性是可取的。

JFET柵驅動器的負電源電壓范圍為最低-30 V，建議最大值為-12 V，或在數據表中指定的SiC JFET最小閾值電壓值下的絕對最大值2 V。正電源電壓取決于所選柵驅動器的欠壓鎖定(UVLO)額定值。例如，像UCC5304的柵驅動器可以將VDD設為低至6 V，從而相應地調整導通狀態柵電阻。

圖4再次顯示了雙向阻斷配置，采用簡單的JFET過驅動電路。通過將一個低電壓硅MOSFET與每個JFET串聯在準級聯配置中，達到了常關狀態?，F成的柵驅動器直接驅動每個JFET的柵，而一個電壓監控器控制每個MOSFET，確保它們在柵驅動電源電壓在工作范圍內時保持導通。框圖中的電壓監控器監測負柵驅動電壓，因此MOSFET保持關閉，直到JFET柵驅動器可以可靠地將JFET切換為關閉狀態?；蛘?，電壓監控器可以被柵驅動器替代。

與圖3中的電路類似，JFET的開關是通過一個大值的柵電阻完成的。JFET柵源二極管具有2 V到2.5 V的溫度依賴正向電壓。因此，具有3V擊穿電壓(BV)的齊納二極管不會激活，允許6 mA流入每個JFET。

與齊納二極管串聯的二極管允許柵驅動器將JFET柵電壓拉低。在正常操作期間，這些二極管和齊納二極管有效地被旁路。它們的主要目的是在缺乏柵驅動電源的情況下切斷JFET，例如在啟動期間。在這種情況下，隨著交流電源端子上的電壓升高，通常關MOSFET上的電壓也會升高。當電壓超過齊納擊穿電壓加上JFET閾值電壓的幅度時，JFET處于關閉狀態，因此不再流動電流，即使交流端子上的電壓達到幾百伏。

此處的JFET驅動示例只是眾多可能實現中的一部分。關鍵點包括：

對于常導和常關配置的簡單柵驅動、設計靈活性、使用現成的柵驅動器和電路組件。

直接驅動JFET柵的一個額外特征是利用JFET的柵源二極管進行芯片溫度感測。這種TJ感測方法使用JFET芯片本身，消除了在JFET封裝內外需要使用感測二極管或其他設備的需要。這意味著溫度感測既準確又響應迅速。

圖5顯示了一個差分放大器，用于測量JFET的柵源電壓VGS。它包含了圖4中柵驅動電路的一部分，盡管為了清晰起見，省略了一些可選組件，例如輸入濾波電容和電壓鉗位二極管。圖5中的放大器具有單位增益，因為VGS在許多內置微控制器的模數轉換器(ADC)范圍內變化。為了減輕高頻噪聲，使用了電阻-電容濾波器，以平滑放大器輸出，然后將T_SENSE信號傳輸到ADC輸入。RC濾波器電容必須盡可能靠近ADC輸入。

該電路只能在JFET導通且被過驅動時感測JFET芯片的溫度。請注意，調節JFET柵電流或柵電源電壓是沒有必要的。

電路保護的未來

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