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。这种 SiC JFET 适用于任何需要高功率和快速开关速度的应用。然而，它特别适合用于音频行业，在高端放大器中可以找到它。

简要总结

SJEP120R100A 是一种碳化硅 (SiC) 功率JFET，可正常关闭工作（参见图 1）。它具有极快的开关速度（即使在高达 150°C 的温度下，也没有尾电流），并且与标准集成电路完全兼容。使用简单的技术，它可以并行连接到其他设备。让我们探索它的主要功能：

Rds(on)：0.08 欧姆（最大 0.1 欧姆）；

漏源阻断电压 (BVds)：1200 V；

连续漏极电流 (Tj=100° C)：17 A；

连续漏极电流 (Tj=150° C)：11 A；

脉冲漏极电流 (TC=25° C)：30 A；

短路耐受时间：50 uS；

功耗（TC=25°C）：114 W；

栅源电压 (Vgs)：-10 V 至 +15 V；

工作和储存温度：-55° C 至 +150° C。

图 1：JFET SJEP120R100A 及其引脚排列

在继续进行仿真之前，用户必须首先在 Internet 上搜索组件的 SPICE 模型，然后可以直接在所选仿真器中使用该模型。或者，可以使用万用表和示波器直接在设备上进行测量。

.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 贝塔=10.5 B=1

+ Lambda=2m Vk=2k 阿尔法=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

. 结束 SJEP120R100

该模型包含组件的主要电气和电子特性，例如：

Rds （开）

这很可能是设计系统时要考虑的最重要因素之一。它是元件在饱和状态下为漏极和源极之间的电流流动提供的电阻。因此，在开关电源应用中，Rds (on)电阻是计算传导损耗的重要指标。开关器件的漏源电压在关断时非常高，但在导通时下降到几百毫伏。因此，随着相对散热量的减少，当这个数字尽可能低时，可以实现最佳效率。然而，即使新技术大大降低了这个值，仍然需要最低水平的阻力。即使是最好的铜线或银线也不具有零电阻。在计算电阻 Rds (on)之前，漏极电流并且必须在静态状态下测量漏源电压以获得广义结果（on）。为了进行一些测量，图 2 显示了设备饱和的通用接线图。它由以下元素组成：

V1：主电源电压200V；

V2：“栅极”驱动电压 15 V；

J1：JFET SJEP120R100A；

R1：25 欧姆电阻负载。

所有这些数据均来自组件的官方数据表中的“绝对最大额定值”值。当电路被激活时，巨大的电流从漏极流向源极，导致以下结果：

7.97 A 的漏极电流；

漏源电压为 807.7 mV；

设备耗散仅为 6.47 W；

1587 W 负载耗散（这是完全正常的）；

在这种情况下，静态效率为 99.6%，这意味着所有电池电量都被负载有利地使用，而没有大量损失。

图 2：静态状态下的接线图

这个结果完全符合官方数据表中的规格。

此值可能会因其他因素而显着变化。第一个依赖项指出，Rds (on) 随着栅极电压的增加而降低，但明显在制造商的规格范围内。当栅极电压升得太高时，组件的可靠性会受到影响（参见图 3中的图表）。

图 3：Rds(on) 电阻与栅极电压的关系图

图 4：Rds(on) 电阻与结温的函数关系图

在第二个相关性中，Rds (on)随着结温的增加而增加。高温是电子设计师的大敌，尤其是在大功率领域。出于这个原因，在组件过热的情况下，始终建议应用被动和主动散热器。如图4所示， Rds (on)值通常包括在相同的工作环境和输出端施加的负载下的以下值：

-50°C：0.0510536 欧姆；

-40°C：0.056689 欧姆；

-30°C：0.0625714 欧姆；

-20°C：0.0687101 欧姆；

-10°C：0.0751157 欧姆；

0°C：0.0818013欧姆；

10°C：0.0887818欧姆；

20°C：0.0960751欧姆；

30°C：0.103702 欧姆；

40°C：0.111686 欧姆；

50°C：0.120058欧姆；

60°C：0.128852欧姆；

70°C：0.13811 欧姆；

80°C：0.147887欧姆；

90°C：0.15825欧姆；

100°C：0.169286 欧姆；

110°C：0.181111欧姆；

120°C：0.193885欧姆；

130°C：0.207841欧姆；

140°C：0.223336欧姆；

150°C：0.240983 欧姆。

该图形完全符合制造商数据表的规格。第三个相关性，如图 5 所示，表明 Rds (on)对漏极上的电流不敏感，除非在极低的负载水平下，器件在关键区域工作。

图 5：电阻 Rds(on) 与施加到漏极的负载的关系图

SiC器件速度

SiC 器件的真正性能是由它提供的，尤其是在开关应用中，它必须执行艰苦的工作才能以快速开关速率传输大量能量。SiC 器件与其直接前身有很大不同，特别是在高开关速度方面。因此，它们之前必须有高质量的驱动器条款，为它们提供必要的激活电压和电流，以及完全平滑的方形和矩形信号。在低开关速率下（参见图 6 中的图表），这些组件显然不会引起任何问题，并且负载上的电流准确地跟随栅极上的驱动信号同相。

当运行速度继续增长时，负载上的电流不再能够完全跟随栅极上的信号，原因有多种，包括：

栅极电阻增加；

门的容抗上升到不可接受的水平；

开启延迟、上升时间、关闭延迟和下降时间参数越来越高。

因此，在高运行速度下，负载上存在的电流“拐点”在上升沿，最重要的是在下降沿变得明显。在这些情况下，当大量电压和电流值重叠时，开关损耗变得无法忍受，从而增加了作为无用热量浪费的功率。

图 6：SiC 器件的开关速度对组件性能有重大影响。

结论

所有上述测量表明，在使用 SiC 器件进行开关之前，设计人员应检查电力电子系统的操作要求，并直接考虑制造商数据表上的组件规格。这是设计人员确保他们选择最佳设备的唯一方法。

审核编辑：汤梓红