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速度的應用。然而，它特別適合用于音頻行業，在高端放大器中可以找到它。

簡要總結

SJEP120R100A 是一種碳化硅 (SiC) 功率JFET，可正常關閉工作（參見圖 1）。它具有極快的開關速度（即使在高達 150°C 的溫度下，也沒有尾電流），并且與標準集成電路完全兼容。使用簡單的技術，它可以并行連接到其他設備。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；

連續漏極電流 (Tj=100° C)：17 A；

連續漏極電流 (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）

這很可能是設計系統時要考慮的最重要因素之一。它是元件在飽和狀態下為漏極和源極之間的電流流動提供的電阻。因此，在開關電源應用中，Rds (on)電阻是計算傳導損耗的重要指標。開關器件的漏源電壓在關斷時非常高，但在導通時下降到幾百毫伏。因此，隨著相對散熱量的減少，當這個數字盡可能低時，可以實現最佳效率。然而，即使新技術大大降低了這個值，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狀態下測量漏源電壓以獲得廣義結果（on）。為了進行一些測量，圖 2 顯示了設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”驅動電壓 15 V；

J1：JFET SJEP120R100A；

R1：25 歐姆電阻負載。

所有這些數據均來自組件的官方數據表中的“絕對最大額定值”值。當電路被激活時，巨大的電流從漏極流向源極，導致以下結果：

7.97 A 的漏極電流；

漏源電壓為 807.7 mV；

設備耗散僅為 6.47 W；

1587 W 負載耗散（這是完全正常的）；

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

圖 2：靜態狀態下的接線圖

這個結果完全符合官方數據表中的規格。

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格范圍內。當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系圖

圖 4：Rds(on) 電阻與結溫的函數關系圖

在第二個相關性中，Rds (on)隨著結溫的增加而增加。高溫是電子設計師的大敵，尤其是在大功率領域。出于這個原因，在組件過熱的情況下，始終建議應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境和輸出端施加的負載下的以下值：

-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據表的規格。第三個相關性，如圖 5 所示，表明 Rds (on)對漏極上的電流不敏感，除非在極低的負載水平下，器件在關鍵區域工作。

圖 5：電阻 Rds(on) 與施加到漏極的負載的關系圖

SiC器件速度

SiC 器件的真正性能是由它提供的，尤其是在開關應用中，它必須執行艱苦的工作才能以快速開關速率傳輸大量能量。SiC 器件與其直接前身有很大不同，特別是在高開關速度方面。因此，它們之前必須有高質量的驅動器條款，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，并且負載上的電流準確地跟隨柵極上的驅動信號同相。

當運行速度繼續增長時，負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、關閉延遲和下降時間參數越來越高。

因此，在高運行速度下，負載上存在的電流“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，當大量電壓和電流值重疊時，開關損耗變得無法忍受，從而增加了作為無用熱量浪費的功率。