电力电子器件高度依附于硅（Si）、碳化硅跟氮化镓高电子迁徙率晶体管（GaN HEMT）等半导体资料。固然硅始终是传统的抉择，但碳化硅器件凭仗其优良的机能与牢靠性而越来越受欢送。相较于硅，碳化硅具有多项技巧上风（图1），这使其在电动汽车、数据核心，以及直流快充、储能体系跟光伏逆变器等动力基本设备范畴锋芒毕露，成为浩繁利用中的新兴首选技巧。本文援用地点：图1：硅器件（Si）与碳化硅器件的比拟什么是碳化硅CascodeJFET技巧？浩繁终端产物制作商已抉择碳化硅技巧替换传统硅技巧，基于双极结型晶体管（BJT）、结型场效应晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）跟绝缘栅双极晶体管（IGBT）等器件开辟电源体系。这些器件因各自特征（优毛病差别）而被利用于差别场景。但是，安森美的EliteSiC 共源共栅结型场效应晶体管器件（图2）将这一技巧推向了新高度。该器件基于奇特的 共源共栅 电路设置——将常开型碳化硅JFET器件与硅MOSFET独特封装，构成一个集成化的常闭型碳化硅FET器件。咱们的碳化硅Cascode JFET可能轻松、机动地替换IGBT、超结MOSFET以及碳化硅MOSFET等任何器件范例（图3）。在本文中，咱们将深刻探究安森美EliteSiC Cascode JFET相较于同类碳化硅MOSFET的技巧上风。图 2：安森美碳化硅 Cascode JFET 器件框图碳化硅相较于硅的技巧上风与硅器件比拟，碳化硅Cascode JFET具有多项上风。碳化硅作为宽禁带资料，存在更高的击穿电压特征，这象征着其器件可采取更薄的构造支撑更高的电压。别的，碳化硅相较于硅的其余上风还包含：■ 对给定的电压与电阻品级，碳化硅可实现更高的任务频率，从而缩小元器件尺寸，明显下降体系团体尺寸与本钱。■ 在较高电压品级（1200V 或更高）利用中，碳化硅能够较低功率消耗实现高频开关。而硅器件在此电压范畴内多少乎无奈胜任。■ 在任何给定的封装中，与硅比拟，碳化硅器件具有更低的导通电阻（RDS(ON)）跟开关消耗。■ 在与硅器件雷同的计划中，碳化硅能供给更高的效力跟更杰出的散热机能，乃至更高的体系额外功率。碳化硅Cascode JFET：无缝进级替换硅基计划，出色机能片面开释这些上风也表现在安森美 EliteSiC Cascode JFET 的机能中，这是一种更新且功效更强盛的器件，针对多种功率利用停止了优化。与硅基栅极驱动器兼容：实现向碳化硅的无缝过渡起首，碳化硅Cascode JFET 的构造容许应用尺度硅基栅极驱动器。这简化了从硅基到碳化硅计划的过渡，供给了更年夜的计划机动性。它们与种种范例的栅极驱动器兼容，包含为 IGBT、硅超结 MOSFET 跟 碳化硅MOSFET 计划的驱动器。图3：按电压分类的功率半导体器件其余上风■ 在给定封装中，领有业内当先的漏源导通电阻RDS(ON)，可最年夜水平地进步体系效力。■ 更低的电容容许更快的开关速率，因而能够实现更高的任务频率；这进一步减小了如电感器跟电容器等大要积无源元件的尺寸。■ 与传统利用于这一细分范畴的硅基IGBT比拟，碳化硅Cascode JFET在更高电压品级（1200V或以上）下可能实现更高的任务频率，而硅基IGBT平日速率较慢，仅能在较低频率下应用，因而开关消耗较高。■ 安森美EliteSiC Cascode JFET器件在给定RDS(ON)     的前提下，实现更小的裸片尺寸，并加重了碳化硅 MOSFET罕见的栅极氧化层牢靠性成绩。SiC MOSFET vs. 安森美SiC Cascode JFET:深刻对照让咱们花一点时光来更深刻地懂得SiC MOSFET 与 安森美SiC JFET 技巧之间的差别。从上面的图 3 中咱们能够看到，SiC MOSFET 技巧差别于安森美的集成式SiC Cascode JFET——这是经心计划的成果。安森美计划的SiC JFET去失落了碳化硅MOSFET 的栅极氧化层，这不只打消了沟道电阻，还让裸片尺寸更为紧凑。安森美碳化硅 JFET 较小的裸片尺寸成为其差别化上风的一个要害地点， RDS(ON)x A （RdsA）品德因数 (FOM) 得以最佳表现，如图 4 所示。这象征着对给定的芯片尺寸，SiC JFET 存在更低的导通电阻额外值，或许换言之，在雷同的 RDS(ON)下，安森美SiC JFET 的裸片尺寸更小。安森美在 RdsA FOM 方面的出色表示建立了行业当先位置，表现在以绝对较小的行业尺度封装（如 TOLL 跟 D2PAK）供给的超低额外电阻产物。图 4：碳化硅MOSFET 与安森美Cascode JFET 的比拟(从外部看，Cascode 是一种常关 FET）。与SiC MOSFET 比拟，EliteSiC Cascode JFET 存在更低的输出电容 Coss。输出电容较低的器件在低负载电流下开关速率更快，电容充电耽误时光更短。这象征着，因为增加了对电感器跟电容器等大要积无源元件的需要，当初能够制作出更小、更轻、本钱更低且功率密度更高的终端装备。图 5：安森美碳化硅Cascode JFET 与碳化硅 MOSFET 的竞争产物对照以下是对于SiC MOSFET的其余挑衅：■ 碳化硅MOS 沟道电阻高，招致电子迁徙率较低。■ Vth在栅极偏置较高的情形下会产生漂移，这象征着栅极到源极的电压驱动范畴遭到限度。■ 体二极管存在较高的拐点电压，因而须要同步整流。但是，应用安森美的SiC JFET，上述缺点得以基本处理，由于：■ SiC JFET 构造的器件上摒弃 MOS（金属氧化物）构造，因而器件愈加牢靠。■ 在雷同芯单方面积下，漏极至源极电阻更低。■ 电容更低，这象征着更快的开关转换跟更高的频率。为什么抉择安森美EliteSiC Cascode JFET？只管市场上可供抉择的SiC功率半导体品种单一，但在某些特定利用中，一些器件的表示确切比其余器件更为杰出。安森美的集成式SiCCascode JFET就是此中的佼佼者，因其低 RDS(ON)、低输出电容跟高牢靠性等奇特上风，可能供给出色的机能。别的，碳化硅 Cascode JFET架构应用尺度硅基栅极驱动器，简化了从硅到碳化硅的过度过程，可在现有计划中实行。因而，它为从硅到碳化硅的过渡供给了机动性--实行简略，同时得益于SiC技巧而供给出色的机能。这些长处辅助安森美的SiC Cascode JFET 技巧在其余技巧无奈企及的范畴年夜放异彩。碳化硅JFET 的加强机能使其在用于人工智能数据核心、储能跟直流快充等 电源单位中实现更高的效力。跟着对更高功率密度跟更紧凑形状需要的增添，安森美SiC Cascode JFET 可能实现更小、更轻跟更低本钱的终端装备。因为增加了对电感器跟电容器等大要积无源元件的需要，有助于实现更高的功率密度。本文作者：Brandon Becker，安森美（onsemi）电源处理计划奇迹部 (PSG) 营销司理