接地故障電路界流（GFCI）和ARC故障電路界流（AFCI）等創(chuàng)新，多年來的斷路器進(jìn)一步增強(qiáng)了斷路器。盡管有這些改進(jìn)，但由于其機(jī)械繼電器，傳統(tǒng)斷路器仍然存在局限性。這些限制包括：
　　電?。寒?dāng)繼電器觸點(diǎn)打開或關(guān)閉時(shí)，可能會(huì)發(fā)生電弧，這在高電流的電路故障中尤其有問題。
　　斷開速度：機(jī)電斷路器斷開連接的速度受其線圈和繼電器的慣性質(zhì)量的限制。
　　磨損：隨著時(shí)間的流逝，機(jī)械繼電器中的觸點(diǎn)磨損，限制了中斷周期的數(shù)量。
　　當(dāng)前趨勢(shì)是一種新型的斷路器，它用半導(dǎo)體功率設(shè)備（稱為固態(tài)斷路器（SSCB）或半導(dǎo)體斷路器（SCB））代替機(jī)電繼電器。這些SSCB提供了幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：
　　電?。喊雽?dǎo)體開關(guān)連接和斷開連接而無需產(chǎn)生弧形，從而消除了對(duì)特殊弧形特征的需求。
　　斷開速度：不受磁線圈的限制，半導(dǎo)體開關(guān)可以比機(jī)電繼電器快數(shù)百倍。這種快速響應(yīng)使電流在危險(xiǎn)之前會(huì)中斷，這對(duì)于有效的電路保護(hù)至關(guān)重要。
　　磨損：由于它們沒有機(jī)械組件，因此半導(dǎo)體開關(guān)可以執(zhí)行無限制的連接/斷開連接周期而不會(huì)降解。
　　從白熾燈到LED照明的過渡為從電力機(jī)電向半導(dǎo)體斷路器的過渡提供了有用的類比?？梢詫ED燈泡廣泛采用，該LED燈泡可以安裝到為白熾燈泡設(shè)計(jì)的現(xiàn)有插座中，使客戶逐漸進(jìn)行過渡。在早期，當(dāng)LED照明的價(jià)格溢價(jià)很高時(shí)，用戶只能在高使用插座上安裝LED燈泡，在這種效率上獲得額外成本是合理的。
　　半導(dǎo)體斷路器挑戰(zhàn)
　　同樣，直接安裝在最初為電力機(jī)電斷路器設(shè)計(jì)的電池板中的SCB的開發(fā)將允許逐步進(jìn)行有條理的過渡。但是，這引入了重大挑戰(zhàn)，其中首先是熱管理。基于機(jī)械繼電器的傳統(tǒng)斷路器具有極低的接觸電阻，在正常運(yùn)行期間幾乎沒有熱量。因此，斷路器面板的供應(yīng)最少，有限的氣流且無散熱器。鑒于這些限制，為現(xiàn)有面板設(shè)計(jì)的SCB必須產(chǎn)生最小的熱量，因此必須對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)的有效抗性低。
　　SCB的第二個(gè)挑戰(zhàn)是尺寸。要與現(xiàn)有面板兼容，SCB必須符合現(xiàn)有電力機(jī)電斷路器的形式，從而限制了可以并行安裝的設(shè)備數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)由斷路器面板的熱約束定義的目標(biāo)電阻。這些約束驅(qū)動(dòng)了對(duì)緊湊型軟件包中超低R DS（ON）設(shè)備的需求?！　orvo的SIC JFET符合這些嚴(yán)格的要求，其距離（R DS ·A）在其電壓范圍內(nèi)的任何設(shè)備類型的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字最低，這要?dú)w功于其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。

　　圖1（a）顯示了具有柵極源電壓v GS = 0的Qorvo SIC JFET的簡(jiǎn)化橫截面  和排水源電壓V DS幾乎為零。這代表了JFET芯片中數(shù)千個(gè)平行細(xì)胞之一，其終端標(biāo)記為源，門和排水。 Qorvo SIC JFET具有兩個(gè)PN連接，因此有兩個(gè)二極管：排水到門口和閘門，如疊加在相應(yīng)的PN連接處的圖所示。在這種公正的狀態(tài)下，漏極和源之間存在一個(gè)高電導(dǎo)的通道，使電子可以自由地沿任一方向流動(dòng)，從而產(chǎn)生了Qorvo SIC JFET的獨(dú)特低抗性。

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　　圖1。 無偏壓電壓的垂直JFET截面（a），以及（b）v g（th） 表征的偏差。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供每個(gè)PN連接處周圍都是一個(gè)高電阻的耗竭區(qū)域，因?yàn)橐苿?dòng)載體已從PN連接處排斥。排水門耗盡區(qū)域在圖1。英寸（b）中表示為灰色區(qū)域，應(yīng)用足夠的排水源電壓會(huì)激發(fā)流動(dòng)流動(dòng)。但是，由于施加了負(fù)柵極源電壓，由于耗盡區(qū)域的膨脹而阻止了電流幾乎為零。當(dāng)這些耗盡區(qū)域相遇時(shí)，通道就會(huì)捏合?！　orvo SIC JFET通常在（完全導(dǎo)電）上，沒有使用柵極源電壓，并且需要負(fù)v GS才能切換并保持關(guān)閉。雖然某些半導(dǎo)體 - 列表應(yīng)用程序受益于這個(gè)正常的狀態(tài)，但大多數(shù)需要默認(rèn)狀態(tài)。通常，Qorvo SIC JFET非常適合兩種類型，因?yàn)榧词箾]有控制功率，添加一些簡(jiǎn)單的組件也可以使其保持正常狀態(tài)。但是首先，幾個(gè)圖可以幫助理解Qorvo SIC JFET的構(gòu)建。

　　圖2（a）所示是輸出特性，在室溫為750 V，4.3MΩSICJFET（MO-229）軟件包，零件號(hào)UJ4N075004L8中，具有各種柵極源電壓。典型的部分具有門閾值電壓v g（th） = -6V。
　　對(duì)于V GS   = -5V，通道寬度高度受耗竭區(qū)域的限制，因此電流流量受到限制。電流隨V DS略有增加，JFET處于“飽和度”中。在V GS  = -4V時(shí)，耗竭區(qū)域較窄，使通道更寬，從而增加電導(dǎo)率（減少了抗性）。該曲線顯示了增加V ds并擴(kuò)大耗竭區(qū)域，彎曲輸出特征曲線的效果，直到電流與V ds的增加幾乎沒有增加。另一方面，增加的V GS降低了耗竭區(qū)域的寬度，從而擴(kuò)大了通道并增加電導(dǎo)率。該圖顯示了對(duì)應(yīng)于某些V GS值的曲線，一直到 +2V，這是最后一個(gè)V GS測(cè)試電壓。
　　圖2。UJ4N075004L8S  （A）在25°C下的輸出特性，（b）門電流與V GS。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF] 提供請(qǐng)注意，在這些數(shù)字中，r ds（on）的抗性為v gs  = 0v或v gs  = +2v。稍微正的V GS（例如2至2.5 V）進(jìn)一步縮小了排水門耗盡區(qū)，并根據(jù)操作條件將R DS（ON）降低15％。通常稱為過度驅(qū)動(dòng)，這是一種簡(jiǎn)單的方法，可以最大程度地減少JFET R DS（ON）而不會(huì)造成損壞或參數(shù)漂移的風(fēng)險(xiǎn) - 在需要冷卻操作和長(zhǎng)時(shí)間使用壽命的應(yīng)用中，Qorvo SIC JFET的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
　　電阻溫度系數(shù)（TC）為正，結(jié)合通過門驅(qū)動(dòng)器可控開關(guān)速度，使并行輕松。但是，在選擇零件并決定平行多少零件時(shí)，必須考慮強(qiáng)大的TC。即使在高工作溫度下，與競(jìng)爭(zhēng)設(shè)備技術(shù)相比，Qorvo的SIC JFET的每個(gè)包裝尺寸的傳導(dǎo)損失大大降低。
　　圖2（b）顯示了Qorvo的UJ4N075004L8S的柵極電流與V GS，其中SIC JFET GATE-Source二極管是前向偏置的。溫度依賴性二極管“膝蓋電壓”清晰可見，斜率對(duì)應(yīng)于JFET門電阻，即0.4Ω。 V GS的范圍在2至2.6 V范圍內(nèi)，Ig在毫安范圍內(nèi)，溫度從-55到175°C。該圖還顯示了JFET的柵極二極管正向電壓溫度系數(shù)為-3.2 mV/°C，可用于使用簡(jiǎn)單的差分放大器電路來感知JFET芯片溫度。
　　Qorvo SIC JFET的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了無與倫比的電導(dǎo)率，但這種簡(jiǎn)單性也提供了無與倫比的可靠性和耐用性。電流直接通過用高移動(dòng)電子摻雜的SIC材料流動(dòng)。電流路徑中沒有PN連接，也沒有表面電流。該設(shè)計(jì)確保沒有降解機(jī)制，滯后或異常動(dòng)態(tài)效應(yīng)。此外，不需要燒傷。只要安全的操作條件不得嚴(yán)重超過，即使經(jīng)過多年，Qorvo SIC JFET的運(yùn)營(yíng)仍保持一致?！　∽罱K的特征是由Qorvo SIC JFET結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性 - 穩(wěn)固性產(chǎn)生的。 SIC材料可以承受高的內(nèi)部溫度，如果能量保持在安全的限制范圍內(nèi)，則數(shù)百個(gè)攝氏攝氏度，沒有參數(shù)移位。這使Qorvo SIC JFET可以關(guān)閉任何數(shù)量的周期的非常高的電流，包括短路。機(jī)電斷路器和繼電器忍受了有限數(shù)量的緊急切換周期，有時(shí)只有一個(gè)。

　　圖3顯示了雙向阻止配置，簡(jiǎn)單地超速JFET。該電路通常打開，這意味著當(dāng)沒有門驅(qū)動(dòng)力時(shí)，JFET就在打開?，F(xiàn)成的門驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)每個(gè)JFET門，而無需電壓調(diào)節(jié)。狀態(tài)電阻的值取決于所需的JFET門電流。至少1個(gè)MA足以超過JFET門，而建議使用5 mA或更高的芯片溫度感應(yīng)。請(qǐng)注意，較大的州門電阻的開關(guān)速度相對(duì)較慢，但這對(duì)于許多SCB和繼電器應(yīng)用是可取的?！　D3。 具有雙向阻塞的直接驅(qū)動(dòng)電路，通常在狀態(tài)下。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供JFET GATE驅(qū)動(dòng)程序的負(fù)電源電壓的范圍從最小-30 V到V SS 的建議最大值為-12 V  ，或者低于SIC JFET在數(shù)據(jù)表中指定的最小閾值電壓值的絕對(duì)最大值為2V。正電源電壓取決于選定的門驅(qū)動(dòng)器的欠壓鎖定（UVLO）額定值。例如，諸如UCC5304之類的柵極驅(qū)動(dòng)器對(duì)于V DD的6 V只需6 V ，從而可以相應(yīng)地調(diào)整州門電阻。

　　圖4顯示了雙向阻止配置，同樣簡(jiǎn)單地超過JFET。通過將低壓硅MOSFET與準(zhǔn)cascode配置中的每個(gè)JFET連接起來，可以實(shí)現(xiàn)正常的狀態(tài)?，F(xiàn)成的門驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)每個(gè)JFET的門，而電壓主管則控制每個(gè)MOSFET，以確保在門驅(qū)動(dòng)電源電壓在運(yùn)行范圍內(nèi)時(shí)將其保留。框圖中的電壓主管監(jiān)視了負(fù)門驅(qū)動(dòng)電壓，因此MOSFET保持關(guān)閉，直到JFET驅(qū)動(dòng)器可靠地關(guān)閉JFET為止。或者，電壓主管可以由門驅(qū)動(dòng)器代替。
　　圖4。 帶有雙向阻塞的直接驅(qū)動(dòng)電路，通常是偏離狀態(tài)。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供與圖3中的電路類似，JFET的切換是通過大值門電阻的。 JFET柵極源二極管的溫度依賴性正向電壓為2 V至2.5V。因此，齊納二極管的分解電壓（BV）為3V，不會(huì)激活，允許6 mA流入每個(gè)JFET。
　　帶有齊納二極管的反系列中的二極管使柵極驅(qū)動(dòng)器可以負(fù)面拉動(dòng)jfet門。在正常運(yùn)行期間，好像這些二極管和齊納二極管被有效繞過。他們的主要目的是在沒有門驅(qū)動(dòng)力的情況下（例如在啟動(dòng)期間）關(guān)閉JFET。在這種情況下，隨著電壓在AC功率端子上的上升，電壓在正常的MOSFET上升起。當(dāng)電壓超過齊納BV加上JFET閾值電壓的幅度時(shí)，JFET會(huì)關(guān)閉，因此即使跨AC端子的電壓達(dá)到數(shù)百伏，也沒有電流流量。
　　JFET驅(qū)動(dòng)器示例這里只是許多可能的實(shí)現(xiàn)中的一些。要點(diǎn)是：
　　正常和-off配置的簡(jiǎn)單門驅(qū)動(dòng)器
　　設(shè)計(jì)靈活性
　　使用隨時(shí)可用的門驅(qū)動(dòng)器和電路組件
　　直接驅(qū)動(dòng)JFET門的額外功能是使用JFET的柵極源二極管進(jìn)行芯片溫度傳感。此TJ Sense方法使用JFET芯片本身，消除了對(duì)JFET軟件包內(nèi)部或外部設(shè)備的需求。這意味著溫度傳感既高度準(zhǔn)確又快速響應(yīng)?！　D5顯示了一個(gè)測(cè)量JFET柵極電壓V GS的差分放大器。它包括圖4的GATE驅(qū)動(dòng)電路的一部分，盡管省略了一些可選組件，以清晰度，例如輸入過濾電容器和電壓夾具二極管。圖5中的放大器具有統(tǒng)一增益，因?yàn)閂 GS在微控制器中內(nèi)置的許多模擬轉(zhuǎn)換器（ADC）范圍內(nèi)變化。為了減輕高頻噪聲，在將T_SENSE信號(hào)傳輸?shù)紸DC輸入之前，使用電阻器濾波器過濾器來平滑放大器輸出。 RC濾波器電容器必須盡可能靠近ADC輸入。

　　圖5。 溫度感應(yīng)放大器。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供該電路只能在JFET打開并超過驅(qū)動(dòng)時(shí)感覺到JFET芯片溫度。請(qǐng)注意，不必要將電流調(diào)節(jié)到JFET門或門電源電壓。例如，假設(shè)門驅(qū)動(dòng)程序的輸出為15 V，并且設(shè)置了狀態(tài)門電阻，以便6 mA流入JFET門。在該門電流下，Qorvo的UJ4N075004L8S JFET的VGS溫度系數(shù)為-3.2 mV/°C。 JFET VGS根據(jù)芯片溫度自我調(diào)節(jié)，最大范圍為0.736 V，溫度跨度為230°C（-55至175°C）。通常的溫度跨度約為100°C，對(duì)應(yīng)于V GS的范圍約為0.32 V，與+15 V驅(qū)動(dòng)電壓相比，該范圍非常小。因此，進(jìn)入JFET門的電流可以被視為恒定，而溫度測(cè)量中的誤差很小。這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單，低成本的電路，隨著過度驅(qū)動(dòng)，它充分利用了Qorvo的SIC JFET功能。