本文檢查了 JFET SJEP120R100A 的功能和性能——這篇文章純粹是指導(dǎo)性的;此組件不再可用。但是這種簡(jiǎn)單的方法也可以應(yīng)用于其他新組件。在接下來(lái)的文章中，將使用其他組件——這種碳化硅 (SiC) JFET 可以成功地用于任何需要高功率和快速開(kāi)關(guān)速度的應(yīng)用。然而，它特別適合在音頻行業(yè)中使用，它可以在高質(zhì)量放大器中找到。

概述

SJEP120R100A 是一種常關(guān)型 SiC 功率JFET(參見(jiàn)圖 1)。它與所有標(biāo)準(zhǔn)集成電路兼容，即使在高達(dá) 150?C 的溫度下，它的切換速度也非常快，而且沒(méi)有尾電流。它可以使用簡(jiǎn)單的方法與其他設(shè)備并聯(lián)。讓我們看一下它的一些基本特征，然后通過(guò)一些模擬來(lái)驗(yàn)證它們：

R DS(on) : 0.08 Ω (最大 0.1 Ω)

漏源阻斷電壓 (BV DSS )：1,200 V

連續(xù)漏極電流 (T J = 100?C)：17 A

連續(xù)漏極電流 (T J = 150?C)：11 A

脈沖漏極電流 (T C = 25?C)：30 A

短路耐受時(shí)間：50 μs

功耗(T C = 25?C)：114 W

柵源電壓 (V GS )：–10 V 至 15 V

工作和儲(chǔ)存溫度：–55?C 至 150?C

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圖 1：JFET SJEP120R100A 及其引腳排列

要運(yùn)行仿真，您必須首先在 Internet 上搜索組件的 SPICE 模型，然后可以直接在您選擇的仿真器中使用該模型。或者，可以直接在設(shè)備上使用萬(wàn)用表和示波器進(jìn)行測(cè)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：

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導(dǎo)通電阻

這可能是開(kāi)發(fā)系統(tǒng)時(shí)要考慮的最重要的參數(shù)之一。在飽和狀態(tài)下，它是組件為漏極和源極之間的電流流動(dòng)提供的電阻。因此，R DS(on)是計(jì)算開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用中傳導(dǎo)損耗的重要指標(biāo)。開(kāi)關(guān)器件在關(guān)斷時(shí)，其漏源電壓異常高，但在導(dǎo)通時(shí)，電壓下降到幾百毫伏。因此，當(dāng)這個(gè)數(shù)字盡可能低時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)最佳效率，因?yàn)橄鄬?duì)散熱量下降。理想組件具有 R DS(on)等于 0，但目前，即使新技術(shù)大幅降低該值，也始終需要最小電阻。不過(guò)，應(yīng)該注意的是，即使是最好的銅線或銀線也不具有零電阻。為了獲得通用結(jié)果，在計(jì)算 R DS(on)之前，必須在靜態(tài)狀態(tài)下測(cè)量漏極電流和漏源電壓。圖 2 顯示了用于進(jìn)行一些測(cè)量的器件飽和度的通用接線圖。它由以下元素組成：

V1：200V主電源電壓

V2：“柵極”驅(qū)動(dòng)電壓 15 V

J1：JFET SJEP120R100A

R1：25Ω 阻性負(fù)載

所有這些數(shù)字都是使用組件官方數(shù)據(jù)表中的“絕對(duì)最大額定值”數(shù)字計(jì)算得出的。當(dāng)電路導(dǎo)通時(shí)，大電流從漏極流向源極，產(chǎn)生以下結(jié)果：

7.97 A 的漏極電流

807.7 mV 的漏源電壓

器件功耗僅為 6.47 W

1,587-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(méi)有大量損失。

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圖 2：靜態(tài)狀態(tài)下的接線圖

R DS(on)的計(jì)算公式如下：

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這個(gè)結(jié)果完全符合官方數(shù)據(jù)表中的規(guī)格。

此值可能會(huì)因其他因素而顯著變化。第一個(gè)依賴項(xiàng)指出，R DS(on) 隨著柵極電壓的增加而降低，同時(shí)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(shí)，組件的可靠性會(huì)受到影響(參見(jiàn)圖 3 中的圖表)。

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圖 3：R DS(on)電阻與柵極電壓的關(guān)系圖

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

在第二個(gè)相關(guān)性中，R DS(on)隨結(jié)溫而增加。高溫是電子設(shè)計(jì)師的大敵，尤其是在大功率領(lǐng)域。出于這個(gè)原因，在組件過(guò)熱的情況下，始終建議應(yīng)用被動(dòng)和主動(dòng)散熱器。如圖 4 所示，R DS(on)值通常包括在相同的工作環(huán)境和施加在輸出端的負(fù)載下的以下值：

–50?C：0.0510536 Ω

–40?C：0.056689 Ω

–30?C：0.0625714 Ω

–20?C：0.0687101 Ω

–10?C：0.0751157 Ω

0℃：0.0818013Ω

10℃：0.0887818Ω

20℃：0.0960751Ω

30℃：0.103702Ω

40℃：0.111686Ω

50℃：0.120058Ω

60℃：0.128852Ω

70℃：0.13811Ω

80℃：0.147887Ω

90℃：0.15825Ω

100℃：0.169286Ω

110℃：0.181111Ω

120℃：0.193885Ω

130℃：0.207841Ω

140℃：0.223336Ω

150℃：0.240983Ω

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

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

SiC器件速度

SiC 器件的真正性能最顯著地體現(xiàn)在開(kāi)關(guān)應(yīng)用中，在這種應(yīng)用中，它必須執(zhí)行艱苦的工作才能以快速開(kāi)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(kāi)關(guān)速度方面。因此，在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(hào)方面，它們必須先于高質(zhì)量的驅(qū)動(dòng)器。在低開(kāi)關(guān)速率下(參見(jiàn)圖 6 中的圖表)，這些組件顯然不會(huì)引起任何問(wèn)題，并且負(fù)載上的電流準(zhǔn)確地跟隨柵極上的驅(qū)動(dòng)信號(hào)同相。

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

柵極電阻增加。

柵極的容抗上升到不可接受的水平。

開(kāi)啟延遲、上升時(shí)間、關(guān)閉延遲和下降時(shí)間參數(shù)越來(lái)越高。

因此，在高運(yùn)行速度下，負(fù)載上存在的電流“拐點(diǎn)”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(shí)，開(kāi)關(guān)損耗變得無(wú)法忍受，從而增加了作為無(wú)用熱量浪費(fèi)的功率。

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圖 6：SiC 器件的開(kāi)關(guān)速度對(duì)組件性能有重大影響。

結(jié)論

所有上述測(cè)量表明，在使用 SiC 器件進(jìn)行開(kāi)關(guān)之前，設(shè)計(jì)人員應(yīng)檢查電力電子系統(tǒng)的操作要求，并直接考慮制造商數(shù)據(jù)表上的組件規(guī)格。這是設(shè)計(jì)人員確保他們選擇最佳設(shè)備的唯一方法。

　　審核編輯：湯梓紅