高性能SiC JFET SJEP120R100A的操作和性能

本文分析了 JFET SJEP120R100A 的操作和性能。這種 SiC JFET 適用于任何需要高功率和快速開關(guān)速度的應(yīng)用。然而，它特別適合用于音頻行業(yè)，在高端放大器中可以找到它。

簡要總結(jié)

SJEP120R100A 是一種碳化硅 (SiC) 功率JFET，可正常關(guān)閉工作（參見圖 1）。它具有極快的開關(guān)速度（即使在高達 150°C 的溫度下，也沒有尾電流），并且與標(biāo)準(zhǔn)集成電路完全兼容。使用簡單的技術(shù)，它可以并行連接到其他設(shè)備。讓我們探索它的主要功能：

Rds(on)：0.08 歐姆（最大 0.1 歐姆）；

漏源阻斷電壓 (BVds)：1200 V；

連續(xù)漏極電流 (Tj=100° C)：17 A；

連續(xù)漏極電流 (Tj=150° C)：11 A；

脈沖漏極電流 (TC=25° C)：30 A；

短路耐受時間：50 uS；

功耗（TC=25°C）：114 W；

柵源電壓 (Vgs)：-10 V 至 +15 V；

工作和儲存溫度：-55° C 至 +150° C。

圖 1：JFET SJEP120R100A 及其引腳排列

在繼續(xù)進行仿真之前，用戶必須首先在 Internet 上搜索組件的 SPICE 模型，然后可以直接在所選仿真器中使用該模型。或者，可以使用萬用表和示波器直接在設(shè)備上進行測量。

.subckt SJEP120R100 DGS

.param R=530m ; R_gate

Rg G Gi {R} tc=-3m

Rd D Di 70m tc=8m 10u

Csd S Di 3p

Cgd G Di 43p

吉帝吉S SJEP120R100

.model SJEP120R100 njf

+ Vto=1 貝塔=10.5 B=1

+ Lambda=2m Vk=2k 阿爾法=20u

+ 是=1f N=3.4

+ Isr=1n Nr=6.8

+ Cgd=1n Cgs=755p Pb=2.6 M=0.8

+ Kf=100f Af=1

+ VtoTC=-2m BetaTCe=-0.6 Xti=86

. 結(jié)束 SJEP120R100

該模型包含組件的主要電氣和電子特性，例如：

Rds （開）

這很可能是設(shè)計系統(tǒng)時要考慮的最重要因素之一。它是元件在飽和狀態(tài)下為漏極和源極之間的電流流動提供的電阻。因此，在開關(guān)電源應(yīng)用中，Rds (on)電阻是計算傳導(dǎo)損耗的重要指標(biāo)。開關(guān)器件的漏源電壓在關(guān)斷時非常高，但在導(dǎo)通時下降到幾百毫伏。因此，隨著相對散熱量的減少，當(dāng)這個數(shù)字盡可能低時，可以實現(xiàn)最佳效率。然而，即使新技術(shù)大大降低了這個值，仍然需要最低水平的阻力。即使是最好的銅線或銀線也不具有零電阻。在計算電阻 Rds (on)之前，漏極電流并且必須在靜態(tài)狀態(tài)下測量漏源電壓以獲得廣義結(jié)果（on）。為了進行一些測量，圖 2 顯示了設(shè)備飽和的通用接線圖。它由以下元素組成：

V1：主電源電壓200V；

V2：“柵極”驅(qū)動電壓 15 V；

J1：JFET SJEP120R100A；

R1：25 歐姆電阻負(fù)載。

所有這些數(shù)據(jù)均來自組件的官方數(shù)據(jù)表中的“絕對最大額定值”值。當(dāng)電路被激活時，巨大的電流從漏極流向源極，導(dǎo)致以下結(jié)果：

7.97 A 的漏極電流；

漏源電壓為 807.7 mV；

設(shè)備耗散僅為 6.47 W；

1587 W 負(fù)載耗散（這是完全正常的）；

在這種情況下，靜態(tài)效率為 99.6%，這意味著所有電池電量都被負(fù)載有利地使用，而沒有大量損失。

圖 2：靜態(tài)狀態(tài)下的接線圖

這個結(jié)果完全符合官方數(shù)據(jù)表中的規(guī)格。

此值可能會因其他因素而顯著變化。第一個依賴項指出，Rds (on)?隨著柵極電壓的增加而降低，但明顯在制造商的規(guī)格范圍內(nèi)。當(dāng)柵極電壓升得太高時，組件的可靠性會受到影響（參見圖 3中的圖表）。

圖 3：Rds(on) 電阻與柵極電壓的關(guān)系圖

圖 4：Rds(on) 電阻與結(jié)溫的函數(shù)關(guān)系圖

在第二個相關(guān)性中，Rds (on)隨著結(jié)溫的增加而增加。高溫是電子設(shè)計師的大敵，尤其是在大功率領(lǐng)域。出于這個原因，在組件過熱的情況下，始終建議應(yīng)用被動和主動散熱器。如圖4所示， Rds (on)值通常包括在相同的工作環(huán)境和輸出端施加的負(fù)載下的以下值：

-50°C：0.0510536 歐姆；

-40°C：0.056689 歐姆；

-30°C：0.0625714 歐姆；

-20°C：0.0687101 歐姆；

-10°C：0.0751157 歐姆；

0°C：0.0818013歐姆；

10°C：0.0887818歐姆；

20°C：0.0960751歐姆；

30°C：0.103702 歐姆；

40°C：0.111686 歐姆；

50°C：0.120058歐姆；

60°C：0.128852歐姆；

70°C：0.13811 歐姆；

80°C：0.147887歐姆；

90°C：0.15825歐姆；

100°C：0.169286 歐姆；

110°C：0.181111歐姆；

120°C：0.193885歐姆；

130°C：0.207841歐姆；

140°C：0.223336歐姆；

150°C：0.240983 歐姆。

該圖形完全符合制造商數(shù)據(jù)表的規(guī)格。第三個相關(guān)性，如圖 5 所示，表明 Rds (on)對漏極上的電流不敏感，除非在極低的負(fù)載水平下，器件在關(guān)鍵區(qū)域工作。

圖 5：電阻 Rds(on) 與施加到漏極的負(fù)載的關(guān)系圖

SiC器件速度

SiC 器件的真正性能是由它提供的，尤其是在開關(guān)應(yīng)用中，它必須執(zhí)行艱苦的工作才能以快速開關(guān)速率傳輸大量能量。SiC 器件與其直接前身有很大不同，特別是在高開關(guān)速度方面。因此，它們之前必須有高質(zhì)量的驅(qū)動器條款，為它們提供必要的激活電壓和電流，以及完全平滑的方形和矩形信號。在低開關(guān)速率下（參見圖 6 中的圖表），這些組件顯然不會引起任何問題，并且負(fù)載上的電流準(zhǔn)確地跟隨柵極上的驅(qū)動信號同相。

當(dāng)運行速度繼續(xù)增長時，負(fù)載上的電流不再能夠完全跟隨柵極上的信號，原因有多種，包括：

柵極電阻增加；

門的容抗上升到不可接受的水平；

開啟延遲、上升時間、關(guān)閉延遲和下降時間參數(shù)越來越高。

因此，在高運行速度下，負(fù)載上存在的電流“拐點”在上升沿，最重要的是在下降沿變得明顯。在這些情況下，當(dāng)大量電壓和電流值重疊時，開關(guān)損耗變得無法忍受，從而增加了作為無用熱量浪費的功率。