接地故障電路界流（GFCI）和ARC故障電路界流（AFCI）等創(chuàng)新，多年來的斷路器進一步增強了斷路器。盡管有這些改進，但由于其機械繼電器，傳統(tǒng)斷路器仍然存在局限性。這些限制包括：
　　電?。寒斃^電器觸點打開或關閉時，可能會發(fā)生電弧，這在高電流的電路故障中尤其有問題。
　　斷開速度：機電斷路器斷開連接的速度受其線圈和繼電器的慣性質(zhì)量的限制。
　　磨損：隨著時間的流逝，機械繼電器中的觸點磨損，限制了中斷周期的數(shù)量。
　　當前趨勢是一種新型的斷路器，它用半導體功率設備（稱為固態(tài)斷路器（SSCB）或半導體斷路器（SCB））代替機電繼電器。這些SSCB提供了幾個優(yōu)勢：
　　電?。喊雽w開關連接和斷開連接而無需產(chǎn)生弧形，從而消除了對特殊弧形特征的需求。
　　斷開速度：不受磁線圈的限制，半導體開關可以比機電繼電器快數(shù)百倍。這種快速響應使電流在危險之前會中斷，這對于有效的電路保護至關重要。
　　磨損：由于它們沒有機械組件，因此半導體開關可以執(zhí)行無限制的連接/斷開連接周期而不會降解。
　　從白熾燈到LED照明的過渡為從電力機電向半導體斷路器的過渡提供了有用的類比?？梢詫ED燈泡廣泛采用，該LED燈泡可以安裝到為白熾燈泡設計的現(xiàn)有插座中，使客戶逐漸進行過渡。在早期，當LED照明的價格溢價很高時，用戶只能在高使用插座上安裝LED燈泡，在這種效率上獲得額外成本是合理的。
　　半導體斷路器挑戰(zhàn)
　　同樣，直接安裝在最初為電力機電斷路器設計的電池板中的SCB的開發(fā)將允許逐步進行有條理的過渡。但是，這引入了重大挑戰(zhàn)，其中首先是熱管理。基于機械繼電器的傳統(tǒng)斷路器具有極低的接觸電阻，在正常運行期間幾乎沒有熱量。因此，斷路器面板的供應最少，有限的氣流且無散熱器。鑒于這些限制，為現(xiàn)有面板設計的SCB必須產(chǎn)生最小的熱量，因此必須對半導體開關的有效抗性低。
　　SCB的第二個挑戰(zhàn)是尺寸。要與現(xiàn)有面板兼容，SCB必須符合現(xiàn)有電力機電斷路器的形式，從而限制了可以并行安裝的設備數(shù)量，以實現(xiàn)由斷路器面板的熱約束定義的目標電阻。這些約束驅(qū)動了對緊湊型軟件包中超低R DS（ON）設備的需求。　　Qorvo的SIC JFET符合這些嚴格的要求，其距離（R DS ·A）在其電壓范圍內(nèi)的任何設備類型的優(yōu)點數(shù)字最低，這要歸功于其簡單的結構。

　　圖1（a）顯示了具有柵極源電壓v GS = 0的Qorvo SIC JFET的簡化橫截面  和排水源電壓V DS幾乎為零。這代表了JFET芯片中數(shù)千個平行細胞之一，其終端標記為源，門和排水。 Qorvo SIC JFET具有兩個PN連接，因此有兩個二極管：排水到門口和閘門，如疊加在相應的PN連接處的圖所示。在這種公正的狀態(tài)下，漏極和源之間存在一個高電導的通道，使電子可以自由地沿任一方向流動，從而產(chǎn)生了Qorvo SIC JFET的獨特低抗性。

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　　圖1。 無偏壓電壓的垂直JFET截面（a），以及（b）v g（th） 表征的偏差。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供每個PN連接處周圍都是一個高電阻的耗竭區(qū)域，因為移動載體已從PN連接處排斥。排水門耗盡區(qū)域在圖1。英寸（b）中表示為灰色區(qū)域，應用足夠的排水源電壓會激發(fā)流動流動。但是，由于施加了負柵極源電壓，由于耗盡區(qū)域的膨脹而阻止了電流幾乎為零。當這些耗盡區(qū)域相遇時，通道就會捏合?！　orvo SIC JFET通常在（完全導電）上，沒有使用柵極源電壓，并且需要負v GS才能切換并保持關閉。雖然某些半導體 - 列表應用程序受益于這個正常的狀態(tài)，但大多數(shù)需要默認狀態(tài)。通常，Qorvo SIC JFET非常適合兩種類型，因為即使沒有控制功率，添加一些簡單的組件也可以使其保持正常狀態(tài)。但是首先，幾個圖可以幫助理解Qorvo SIC JFET的構建。

　　圖2（a）所示是輸出特性，在室溫為750 V，4.3MΩSICJFET（MO-229）軟件包，零件號UJ4N075004L8中，具有各種柵極源電壓。典型的部分具有門閾值電壓v g（th） = -6V。
　　對于V GS   = -5V，通道寬度高度受耗竭區(qū)域的限制，因此電流流量受到限制。電流隨V DS略有增加，JFET處于“飽和度”中。在V GS  = -4V時，耗竭區(qū)域較窄，使通道更寬，從而增加電導率（減少了抗性）。該曲線顯示了增加V ds并擴大耗竭區(qū)域，彎曲輸出特征曲線的效果，直到電流與V ds的增加幾乎沒有增加。另一方面，增加的V GS降低了耗竭區(qū)域的寬度，從而擴大了通道并增加電導率。該圖顯示了對應于某些V GS值的曲線，一直到 +2V，這是最后一個V GS測試電壓。
　　圖2。UJ4N075004L8S  （A）在25°C下的輸出特性，（b）門電流與V GS。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF] 提供請注意，在這些數(shù)字中，r ds（on）的抗性為v gs  = 0v或v gs  = +2v。稍微正的V GS（例如2至2.5 V）進一步縮小了排水門耗盡區(qū)，并根據(jù)操作條件將R DS（ON）降低15％。通常稱為過度驅(qū)動，這是一種簡單的方法，可以最大程度地減少JFET R DS（ON）而不會造成損壞或參數(shù)漂移的風險 - 在需要冷卻操作和長時間使用壽命的應用中，Qorvo SIC JFET的另一個優(yōu)勢。
　　電阻溫度系數(shù)（TC）為正，結合通過門驅(qū)動器可控開關速度，使并行輕松。但是，在選擇零件并決定平行多少零件時，必須考慮強大的TC。即使在高工作溫度下，與競爭設備技術相比，Qorvo的SIC JFET的每個包裝尺寸的傳導損失大大降低。
　　圖2（b）顯示了Qorvo的UJ4N075004L8S的柵極電流與V GS，其中SIC JFET GATE-Source二極管是前向偏置的。溫度依賴性二極管“膝蓋電壓”清晰可見，斜率對應于JFET門電阻，即0.4Ω。 V GS的范圍在2至2.6 V范圍內(nèi)，Ig在毫安范圍內(nèi)，溫度從-55到175°C。該圖還顯示了JFET的柵極二極管正向電壓溫度系數(shù)為-3.2 mV/°C，可用于使用簡單的差分放大器電路來感知JFET芯片溫度。
　　Qorvo SIC JFET的簡單結構產(chǎn)生了無與倫比的電導率，但這種簡單性也提供了無與倫比的可靠性和耐用性。電流直接通過用高移動電子摻雜的SIC材料流動。電流路徑中沒有PN連接，也沒有表面電流。該設計確保沒有降解機制，滯后或異常動態(tài)效應。此外，不需要燒傷。只要安全的操作條件不得嚴重超過，即使經(jīng)過多年，Qorvo SIC JFET的運營仍保持一致?！　∽罱K的特征是由Qorvo SIC JFET結構的簡單性 - 穩(wěn)固性產(chǎn)生的。 SIC材料可以承受高的內(nèi)部溫度，如果能量保持在安全的限制范圍內(nèi)，則數(shù)百個攝氏攝氏度，沒有參數(shù)移位。這使Qorvo SIC JFET可以關閉任何數(shù)量的周期的非常高的電流，包括短路。機電斷路器和繼電器忍受了有限數(shù)量的緊急切換周期，有時只有一個。

　　圖3顯示了雙向阻止配置，簡單地超速JFET。該電路通常打開，這意味著當沒有門驅(qū)動力時，JFET就在打開?，F(xiàn)成的門驅(qū)動器直接驅(qū)動每個JFET門，而無需電壓調(diào)節(jié)。狀態(tài)電阻的值取決于所需的JFET門電流。至少1個MA足以超過JFET門，而建議使用5 mA或更高的芯片溫度感應。請注意，較大的州門電阻的開關速度相對較慢，但這對于許多SCB和繼電器應用是可取的?！　D3。 具有雙向阻塞的直接驅(qū)動電路，通常在狀態(tài)下。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供JFET GATE驅(qū)動程序的負電源電壓的范圍從最小-30 V到V SS 的建議最大值為-12 V  ，或者低于SIC JFET在數(shù)據(jù)表中指定的最小閾值電壓值的絕對最大值為2V。正電源電壓取決于選定的門驅(qū)動器的欠壓鎖定（UVLO）額定值。例如，諸如UCC5304之類的柵極驅(qū)動器對于V DD的6 V只需6 V ，從而可以相應地調(diào)整州門電阻。

　　圖4顯示了雙向阻止配置，同樣簡單地超過JFET。通過將低壓硅MOSFET與準cascode配置中的每個JFET連接起來，可以實現(xiàn)正常的狀態(tài)?，F(xiàn)成的門驅(qū)動器直接驅(qū)動每個JFET的門，而電壓主管則控制每個MOSFET，以確保在門驅(qū)動電源電壓在運行范圍內(nèi)時將其保留。框圖中的電壓主管監(jiān)視了負門驅(qū)動電壓，因此MOSFET保持關閉，直到JFET驅(qū)動器可靠地關閉JFET為止?；蛘?，電壓主管可以由門驅(qū)動器代替。
　　圖4。 帶有雙向阻塞的直接驅(qū)動電路，通常是偏離狀態(tài)。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供與圖3中的電路類似，JFET的切換是通過大值門電阻的。 JFET柵極源二極管的溫度依賴性正向電壓為2 V至2.5V。因此，齊納二極管的分解電壓（BV）為3V，不會激活，允許6 mA流入每個JFET。
　　帶有齊納二極管的反系列中的二極管使柵極驅(qū)動器可以負面拉動jfet門。在正常運行期間，好像這些二極管和齊納二極管被有效繞過。他們的主要目的是在沒有門驅(qū)動力的情況下（例如在啟動期間）關閉JFET。在這種情況下，隨著電壓在AC功率端子上的上升，電壓在正常的MOSFET上升起。當電壓超過齊納BV加上JFET閾值電壓的幅度時，JFET會關閉，因此即使跨AC端子的電壓達到數(shù)百伏，也沒有電流流量。
　　JFET驅(qū)動器示例這里只是許多可能的實現(xiàn)中的一些。要點是：
　　正常和-off配置的簡單門驅(qū)動器
　　設計靈活性
　　使用隨時可用的門驅(qū)動器和電路組件
　　直接驅(qū)動JFET門的額外功能是使用JFET的柵極源二極管進行芯片溫度傳感。此TJ Sense方法使用JFET芯片本身，消除了對JFET軟件包內(nèi)部或外部設備的需求。這意味著溫度傳感既高度準確又快速響應。　　圖5顯示了一個測量JFET柵極電壓V GS的差分放大器。它包括圖4的GATE驅(qū)動電路的一部分，盡管省略了一些可選組件，以清晰度，例如輸入過濾電容器和電壓夾具二極管。圖5中的放大器具有統(tǒng)一增益，因為V GS在微控制器中內(nèi)置的許多模擬轉(zhuǎn)換器（ADC）范圍內(nèi)變化。為了減輕高頻噪聲，在將T_SENSE信號傳輸?shù)紸DC輸入之前，使用電阻器濾波器過濾器來平滑放大器輸出。 RC濾波器電容器必須盡可能靠近ADC輸入。

　　圖5。 溫度感應放大器。圖像由Bodo的Power Systems  [PDF]提供該電路只能在JFET打開并超過驅(qū)動時感覺到JFET芯片溫度。請注意，不必要將電流調(diào)節(jié)到JFET門或門電源電壓。例如，假設門驅(qū)動程序的輸出為15 V，并且設置了狀態(tài)門電阻，以便6 mA流入JFET門。在該門電流下，Qorvo的UJ4N075004L8S JFET的VGS溫度系數(shù)為-3.2 mV/°C。 JFET VGS根據(jù)芯片溫度自我調(diào)節(jié)，最大范圍為0.736 V，溫度跨度為230°C（-55至175°C）。通常的溫度跨度約為100°C，對應于V GS的范圍約為0.32 V，與+15 V驅(qū)動電壓相比，該范圍非常小。因此，進入JFET門的電流可以被視為恒定，而溫度測量中的誤差很小。這是一個非常簡單，低成本的電路，隨著過度驅(qū)動，它充分利用了Qorvo的SIC JFET功能。