斷路器是一種用于保護(hù)電路免受過流、過載及短路損害的裝置。它不用于保護(hù)人員免受電擊，而用于防范此類電擊的裝置被稱為剩余電流裝置（RCD） 或接地故障斷路器（GFCI） 。該裝置可檢測(cè)泄漏電流并切斷電路。機(jī)電式斷路器的設(shè)計(jì)可追溯至 20 世紀(jì) 20 年代，如今仍被廣泛應(yīng)用。與早期的熔斷器設(shè)計(jì)相比，斷路器具有顯著優(yōu)勢(shì) ——可重復(fù)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(dǎo)體技術(shù)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(dǎo)體相比，寬禁帶半導(dǎo)體開關(guān)在正常運(yùn)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(jī)械部件，因?yàn)槠溟_關(guān)核心是半導(dǎo)體。它通過電子元件檢測(cè)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(yīng)速度更快、可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，還可連接至智能網(wǎng)絡(luò)，并支持遠(yuǎn)程監(jiān)控。其應(yīng)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(shí)也可用于高壓直流（HV DC）系統(tǒng)，例如作為電動(dòng)汽車中高壓電池的隔離開關(guān)。

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(guān)鍵的組成部分是取代傳統(tǒng)電磁繼電器的開關(guān)。柵極驅(qū)動(dòng)器用于控制開關(guān)，接口模塊則實(shí)現(xiàn)器件間的通信。另一核心部分是檢測(cè)模塊，包含電流檢測(cè)與溫度檢測(cè)功能。為增強(qiáng)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(yīng)晶體管（JFET）是一種單極晶體管，主要依賴多數(shù)載流子進(jìn)行導(dǎo)電。它與MOSFET類似，都是基于電場效應(yīng)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(rèn)導(dǎo)通狀態(tài)），需要施加反向偏置電壓才能關(guān)斷并保持關(guān)斷狀態(tài)。雖然某些半導(dǎo)體繼電器應(yīng)用可以從這種默認(rèn)導(dǎo)通狀態(tài)中受益，但大多數(shù)應(yīng)用需要的是默認(rèn)關(guān)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(gè)默認(rèn)關(guān)斷的開關(guān)。

圖1展示了VGS=0且漏源電壓VDS近乎為零時(shí)SiC JFET的截面結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)代表JFET芯片中數(shù)千個(gè)并聯(lián)單元之一。安森美SiC JFET具有兩個(gè)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(dǎo)電性溝道，使得電子可雙向自由流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了安森美SiC JFET特有的低導(dǎo)通電阻特性。

安森美可提供SiC JFET、SiC Cascode JFET和SiC Combo JFET三個(gè)系列的產(chǎn)品，每種類型都有其獨(dú)特性能，適用于不同的應(yīng)用場景。其中SiC JFET可使固態(tài)斷路器（SSCB）在高達(dá)175°C的機(jī)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(biāo)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(yīng)用

?導(dǎo)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(cè)功率器件的理想解決方案

SiC Cascode JFET

?與硅基 MOSFET共封裝

?常關(guān)型

?支持標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)

?內(nèi)置JFET柵極電阻

?適用于高頻開關(guān)應(yīng)用

SiC Combo JFET

?可獨(dú)立控制MOS管和JFET的柵極，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)dV/dt的精確調(diào)控

?可直接驅(qū)動(dòng)JFET柵極，在VGS=+2V條件下RDS(ON)降低10%~15%

?簡化多個(gè)JFET并聯(lián)使用

?采用與分立JFET + MOSFET相同的柵極驅(qū)動(dòng)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(hào)示意圖

產(chǎn)品核心價(jià)值

安森美EliteSiC Combo JFET

SiC Combo JFET 型號(hào)： UG4SC075005L8S

將一個(gè) 750V 的 SiC JFET 和一個(gè)低壓Si MOSFET集成在單個(gè)TOLL封裝中。

?750 V, 120 A

?超低導(dǎo)通電阻 RDS(ON)： 25?°C 時(shí)為 5 mΩ， 175?°C 時(shí)為 12.2 mΩ

?具備常關(guān)特性

?優(yōu)化多個(gè)器件并聯(lián)工作性能

?工作溫度最高可達(dá) 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(dǎo)通電阻對(duì)比（單位：m?）

Combo JFET評(píng)估板

該評(píng)估板展示了基于安森美Combo JFET 器件 UG4SC075005L8S 的固態(tài)斷路器設(shè)計(jì)。

SiC Combo JFET是由一個(gè)低壓Si MOSFET和一個(gè)高壓SiC常開型JFET組成的復(fù)合器件。SiC JFET和Si MOSFET的柵極均可獨(dú)立接入。與標(biāo)準(zhǔn)共源共柵結(jié)構(gòu)相比，SiC Combo JFET具有以下優(yōu)勢(shì)：通過驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)更低的導(dǎo)通電阻 RDS(ON)、可完全控制開關(guān)速度，以及具備結(jié)溫檢測(cè)能力。

圖4：Combo JFET評(píng)估板正反面視圖