Qorvo 的 SiC JFET結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠滿足這些嚴(yán)格的要求，并且在同一電壓范圍內(nèi)具有所有器件類型中最低的導(dǎo)通電阻/面積 (R DS ·A) 品質(zhì)因數(shù)。

　　圖 1(a) 顯示了 Qorvo SiC JFET 的簡(jiǎn)化橫截面，其中柵極-源極電壓 V GS   = 0，漏極-源極電壓 V DS接近于零。這代表 JFET 芯片中數(shù)千個(gè)并聯(lián)單元中的一個(gè)，其端子標(biāo)記為源極、柵極和漏極。Qorvo SiC JFET 具有兩個(gè) PN 結(jié)，因此有兩個(gè)二極管：漏極-柵極和柵極-源極，如圖所示，它們疊加在相應(yīng)的 PN 結(jié)上。在這種無(wú)偏狀態(tài)下，漏極和源極之間存在高導(dǎo)電通道，允許電子自由地向任一方向流動(dòng)，從而產(chǎn)生 Qorvo SiC JFET 獨(dú)特的低導(dǎo)通電阻。

　　圖 1. 垂直 JFET 橫截面（a）無(wú)偏置電壓，（b）用于 V G(th)特性的偏置。圖片由Bodo's Power Systems提供 [PDF]
　　每個(gè) PN 結(jié)周圍都有一個(gè)高阻耗盡區(qū)，因?yàn)橐苿?dòng)載流子已被 PN 結(jié)排斥。漏極-柵極耗盡區(qū)在圖 1 中顯示為灰色區(qū)域。在 (b) 中，施加足夠的漏極-源極電壓可促使電流流動(dòng)。然而，電流幾乎為零，因?yàn)槭┘迂?fù)柵極-源極電壓導(dǎo)致耗盡區(qū)擴(kuò)大，從而被阻擋。當(dāng)這些耗盡區(qū)相遇時(shí)，通道被夾斷?！　orvo SiC JFET 常開(kāi)（完全導(dǎo)電），無(wú)需施加?xùn)艠O源電壓，需要負(fù) V GS才能切換并保持關(guān)閉狀態(tài)。雖然一些半導(dǎo)體繼電器應(yīng)用受益于這種常開(kāi)狀態(tài)，但大多數(shù)應(yīng)用需要默認(rèn)的常關(guān)狀態(tài)。常開(kāi) Qorvo SiC JFET 適用于這兩種類型，因?yàn)樘砑右恍┖?jiǎn)單的組件可以使其保持常關(guān)狀態(tài)，即使沒(méi)有控制電源。但首先，幾張圖表可以幫助理解 Qorvo SiC JFET 的結(jié)構(gòu)。

　　圖 2(a) 顯示了采用 TOLL (MO-229) 封裝的 750 V、4.3 mΩ SiC JFET 在室溫下不同柵極-源極電壓的輸出特性，部件編號(hào)為 UJ4N075004L8S。典型部件的柵極閾值電壓為 V G(th) = -6V。
　　當(dāng) V GS   = -5V 時(shí)，耗盡區(qū)嚴(yán)重限制了通道寬度，因此電流受到限制。電流隨 V DS略有增加，JFET 處于“飽和”狀態(tài)。當(dāng) V GS  = -4V 時(shí)，耗盡區(qū)更窄，使通道更寬，從而增加了電導(dǎo)率（降低了導(dǎo)通電阻）。該曲線顯示了增加 V DS和加寬耗盡區(qū)的效果，使輸出特性曲線彎曲，直到電流相對(duì)于 V DS幾乎沒(méi)有增加。另一方面，增加 V GS會(huì)減小耗盡區(qū)的寬度，這會(huì)使通道變寬并增加電導(dǎo)率。該圖顯示了與某些 V GS值相對(duì)應(yīng)的曲線，一直到 +2V，這是最后的 V GS測(cè)試電壓。
　　圖 2.  UJ4N075004L8S (a) 25°C 時(shí)的輸出特性，以及 (b) 柵極電流與 V GS的關(guān)系。圖片由Bodo's Power Systems 提供 [PDF]
　　請(qǐng)注意，在這些圖中，R DS(on)是 V GS  = 0V 或 V GS  = +2V時(shí)的導(dǎo)通電阻。略微正的 V GS（例如 2 至 2.5 V）會(huì)進(jìn)一步縮小漏極柵極耗盡區(qū)，并將 R DS(on)降低15%，具體取決于工作條件。這通常稱為過(guò)驅(qū)動(dòng)，是一種輕松最小化 JFET R DS(on ) 的方法，不會(huì)出現(xiàn)損壞或參數(shù)漂移的風(fēng)險(xiǎn) — 這是 Qorvo SiC JFET 在需要低溫運(yùn)行和長(zhǎng)使用壽命的應(yīng)用中的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
　　導(dǎo)通電阻溫度系數(shù) (TC) 為正值，再加上可通過(guò)柵極驅(qū)動(dòng)器控制的開(kāi)關(guān)速度，可輕松實(shí)現(xiàn)并聯(lián)。然而，在選擇部件和決定并聯(lián)數(shù)量時(shí)，必須考慮強(qiáng)大的 TC。即使在高工作溫度下，與競(jìng)爭(zhēng)設(shè)備技術(shù)相比，Qorvo 的 SiC JFET 單位封裝尺寸的傳導(dǎo)損耗也顯著降低。
　　圖 2(b) 顯示了 Qorvo 的 UJ4N075004L8S 的柵極電流與 V GS 的關(guān)系，其中 SiC JFET 柵源二極管為正向偏置。溫度相關(guān)的二極管“拐點(diǎn)電壓”清晰可見(jiàn)，斜率對(duì)應(yīng)于 JFET 柵極電阻，即 0.4 Ω。V GS在 2 至 2.6 V 范圍內(nèi)，IG 在毫安范圍內(nèi)，溫度范圍為 -55 至 175°C。該圖還顯示了 JFET 的柵源二極管正向電壓溫度系數(shù)為 -3.2 mV/°C，可用于通過(guò)簡(jiǎn)單的差分放大器電路感測(cè) JFET 芯片溫度。
　　Qorvo SiC JFET 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，導(dǎo)電性無(wú)與倫比，而這種簡(jiǎn)單性也帶來(lái)了無(wú)與倫比的可靠性和耐用性。電流直接流過(guò)摻雜有高移動(dòng)電子的 SiC 材料。電流路徑中沒(méi)有 PN 結(jié)，也沒(méi)有表面電流。這種設(shè)計(jì)確保沒(méi)有退化機(jī)制、滯后或異常動(dòng)態(tài)效應(yīng)。此外，不需要老化。只要不嚴(yán)重超出安全操作條件，Qorvo SiC JFET 的運(yùn)行即使在多年后仍能保持一致。
　　Qorvo SiC JFET 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，最后一個(gè)特點(diǎn)就是堅(jiān)固耐用。只要能量保持在安全限度內(nèi)，SiC 材料就可以承受高達(dá)數(shù)百攝氏度的內(nèi)部高溫，且參數(shù)不會(huì)發(fā)生變化。這使得 Qorvo SiC JFET 能夠關(guān)閉非常大的電流，包括短路，并持續(xù)任意次數(shù)。機(jī)電斷路器和繼電器只能承受有限次數(shù)的緊急開(kāi)關(guān)次數(shù)，有時(shí)甚至只有一次?！　D 3 顯示了雙向阻斷配置，其中 JFET 具有簡(jiǎn)單的過(guò)驅(qū)動(dòng)。該電路通常處于開(kāi)啟狀態(tài)，這意味著當(dāng)沒(méi)有柵極驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，JFET 處于開(kāi)啟狀態(tài)?，F(xiàn)成的柵極驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)每個(gè) JFET 柵極，無(wú)需電壓調(diào)節(jié)。導(dǎo)通電阻的值取決于所需的 JFET 柵極電流；至少 1 mA 足以過(guò)驅(qū)動(dòng) JFET 柵極，而建議 5 mA 或更高，以便輕松進(jìn)行片上溫度感應(yīng)。請(qǐng)注意，由于導(dǎo)通柵極電阻較大，因此開(kāi)啟速度相對(duì)較慢，但這對(duì)于許多 SCB 和繼電器應(yīng)用來(lái)說(shuō)是理想的。

　　圖 3.具有雙向阻斷和常開(kāi)狀態(tài)的直接驅(qū)動(dòng)電路。圖片由Bodo's Power Systems 提供 [PDF]　　JFET 柵極驅(qū)動(dòng)器的負(fù)電源電壓范圍可以從最小 -30 V 到 V SS的推薦最大值 -12 V，或者絕對(duì)最大值比數(shù)據(jù)表中指定的 SiC JFET 最小閾值電壓值低 2 V。正電源電壓取決于所選柵極驅(qū)動(dòng)器的欠壓鎖定 (UVLO) 額定值。例如，柵極驅(qū)動(dòng)器（如 UCC5304）的 V DD 電壓可以低至 6 V ，從而可以相應(yīng)地調(diào)整導(dǎo)通狀態(tài)柵極電阻。

　　圖 4 顯示了雙向阻斷配置，同樣帶有 JFET 的簡(jiǎn)單過(guò)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)在準(zhǔn)共源共柵配置中將低壓硅 MOSFET 與每個(gè) JFET 串聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)常關(guān)狀態(tài)。現(xiàn)成的柵極驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)每個(gè) JFET 的柵極，而電壓監(jiān)控器控制每個(gè) MOSFET，確保當(dāng)柵極驅(qū)動(dòng)電源電壓在工作范圍內(nèi)時(shí)，它們保持導(dǎo)通狀態(tài)?？驁D中的電壓監(jiān)控器監(jiān)控負(fù)柵極驅(qū)動(dòng)電壓，因此 MOSFET 保持關(guān)斷狀態(tài)，直到 JFET 柵極驅(qū)動(dòng)器能夠可靠地關(guān)閉 JFET?；蛘撸妷罕O(jiān)控器可以用柵極驅(qū)動(dòng)器代替。
　　圖 4.具有雙向阻斷和常閉狀態(tài)的直接驅(qū)動(dòng)電路。圖片由Bodo's Power Systems 提供 [PDF]
　　與圖 3 中的電路類似，JFET 的開(kāi)啟是通過(guò)一個(gè)大阻值柵極電阻實(shí)現(xiàn)的。JFET 柵極源二極管的正向電壓隨溫度變化，為 2 V 至 2.5 V。因此，擊穿電壓 (BV) 為 3V 的齊納二極管不會(huì)激活，從而允許 6 mA 電流流入每個(gè) JFET。
　　與齊納二極管反向串聯(lián)的二極管允許柵極驅(qū)動(dòng)器將 JFET 柵極拉向負(fù)方向。在正常運(yùn)行期間，這些二極管和齊納二極管就像被有效繞過(guò)一樣。它們的主要目的是在沒(méi)有柵極驅(qū)動(dòng)電源的情況下關(guān)閉 JFET，例如在啟動(dòng)期間。在這種情況下，隨著交流電源端子兩端的電壓上升，常關(guān) MOSFET 兩端的電壓也會(huì)上升。當(dāng)電壓超過(guò)齊納二極管 BV 加上 JFET 閾值電壓的幅度時(shí)，JFET 會(huì)關(guān)閉，因此即使交流端子兩端的電壓達(dá)到幾百伏，也不會(huì)有電流流動(dòng)。
　　此處的 JFET 驅(qū)動(dòng)示例只是眾多可能實(shí)現(xiàn)中的一小部分。要點(diǎn)如下：
　　簡(jiǎn)單的柵極驅(qū)動(dòng)，適用于常開(kāi)和常關(guān)配置
　　設(shè)計(jì)靈活性
　　使用現(xiàn)成的柵極驅(qū)動(dòng)器和電路元件　　直接驅(qū)動(dòng) JFET 柵極的額外功能是使用 JFET 的柵極源二極管進(jìn)行片上溫度傳感。這種 TJ 傳感方法使用 JFET 芯片本身，無(wú)需在 JFET 封裝內(nèi)部或外部使用傳感二極管或其他設(shè)備。這意味著溫度傳感既高度準(zhǔn)確又響應(yīng)迅速。

　　圖 5 顯示了一個(gè)測(cè)量 JFET 柵極-源極電壓 V GS的差分放大器。它包括圖 4 中柵極驅(qū)動(dòng)電路的一部分，但為了清晰起見(jiàn)，省略了一些可選組件，例如輸入濾波電容器和電壓鉗位二極管。圖 5 中的放大器具有單位增益，因?yàn)?V GS在微控制器內(nèi)置的許多模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的范圍內(nèi)變化。為了減輕高頻噪聲，在將 T_SENSE 信號(hào)傳輸?shù)?ADC 輸入之前，使用電阻電容濾波器來(lái)平滑放大器輸出。RC 濾波電容器必須盡可能靠近 ADC 輸入。
　　圖 5. 溫度傳感放大器。圖片由Bodo's Power Systems提供
　　該電路只能在 JFET 開(kāi)啟且超速時(shí)感測(cè) JFET 芯片溫度。請(qǐng)注意，無(wú)需調(diào)節(jié)流入 JFET 柵極的電流或柵極電源電壓。例如，假設(shè)柵極驅(qū)動(dòng)器的輸出為 15 V，并且設(shè)置導(dǎo)通狀態(tài)柵極電阻，以便 6 mA 電流流入 JFET 柵極。在該柵極電流下，Qorvo 的 UJ4N075004L8S JFET 的 VGS 溫度系數(shù)為 -3.2 mV/°C。JFET VGS 根據(jù)芯片溫度進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，在 230°C（-55 至 175°C）的溫度范圍內(nèi)，最大范圍為 0.736 V。通常的溫度范圍約為 100°C，對(duì)應(yīng)的 V GS范圍約為 0.32 V，與 +15 V 驅(qū)動(dòng)電壓相比非常小。因此，流入 JFET 柵極的電流可以視為恒定的，溫度測(cè)量中的誤差很小。這是一個(gè)非常簡(jiǎn)單、低成本的電路，除了過(guò)驅(qū)動(dòng)之外，還充分利用了 Qorvo 的 SiC JFET 特性。