【導讀】工程界有一句諺語：“會動的就會斷。”womendouzhidao，jixiebujiantongchangshidiyigechuguzhangde，birufengshanhuojidianqi，erzaidianluxitongzhong，ninxuyaoyitaojinxingqianzhanxingweihuhegenghuanzhexiebujiandechengxulai“以防萬一”。當dang機ji械xie部bu件jian在zai正zheng常chang運yun行xing時shi的de應ying力li水shui平ping高gao
，然ran後hou必bi須xu在zai緊jin急ji情qing況kuang下xia做zuo出chu可ke靠kao反fan應ying時shi，情qing況kuang會hui更geng糟zao，例li如ru與yu電dian動dong車che電dian池chi串chuan聯lian的de接jie觸chu式shi斷duan路lu器qi。

機械斷路器損耗低
，但是速度慢而且會磨損。采用SiC FET的固態斷路器可以解決這些問題且其損耗開始降低。

博客

工程界有一句諺語：“會動的就會斷。”womendouzhidao
，jixiebujiantongchangshidiyigechuguzhangde，birufengshanhuojidianqi，erzaidianluxitongzhong，ninxuyaoyitaojinxingqianzhanxingweihuhegenghuanzhexiebujiandechengxulai“以防萬一”。當dang機ji械xie部bu件jian在zai正zheng常chang運yun行xing時shi的de應ying力li水shui平ping高gao，然ran後hou必bi須xu在zai緊jin急ji情qing況kuang下xia做zuo出chu可ke靠kao反fan應ying時shi
，情qing況kuang會hui更geng糟zao，例li如ru與yu電dian動dong車che電dian池chi串chuan聯lian的de接jie觸chu式shi斷duan路lu器qi。

在這種情況下，運行電流可能達到數百安，而在斷路器必須切斷的短路情況下，電流可能達到數千安。電壓很高，通常高於400Vzhiliudian

，erqiezaiguzhangdianliuzhongduanshi

，youyulianjiediangan，dianyafengzhihaihuigenggao。dianyahuizaochengdianhu，dianhuhuirangduanluqichudianqihua，erqieyouyushizhiliudian，dianhuhuichixucunzai，haibuxiangjiaoliudianyiyangcunzainengxiaochudianhudelingdianjiaocha。jietongheduankaidesuduyeman
，xuyaoshushihaomiao，congeryunxuzaiduanluqingkuangxiatongguonengzaochengsunhuaidenengliang。suizheduanluqilaohua，tahaihuibiandegengman，sunhaogengda。zongeryanzhi，dadianliujixieduanluqimianduizhezhongzhongkunnan，yincibixudazaodehenjiangu，youshihaiyaoshiyongqitedefangfaqingchudianhu，ruzhizaoduoguyasuoqitiqiliuhuoshiyongcixingmiehuxianquan。

自然而然地，人們設計出了固態斷路器（SSCB）作為替代方案，並使用幾乎所有可用的半導體技術進行製造，包括從MOSFET到IGBT
、SCR和IGCT。它們很好地解決了電弧和機械磨損問題。它們的嚴重缺點在於壓降

，以IGBT為例，它在500A下可能會產生1.7V壓降，從而造成糟糕的850W損耗。IGCT的壓降可能較低
，但是體積很大。MOSFET沒有IGBT那樣的“膝點”電壓，但是有導通電阻。為了在IGBT基礎上進行改進，該RDS(on)可能需要小於3.4毫歐
，且額定電壓高於400V，而目前還無法用單個MOSFET實現這一要求。多個MOSFETbingliankeyishixianzheyiyaoqiu，danshichengbenyehuijuzeng，erqieruguoninxuyaoshuangxiangdaodiannengli，zechengbenhaihuifanbei。jidianduanluqibubianyi，danshirengjuyouchengbenyoushi。

SiC會帶來改變嗎
？

神奇的新寬帶隙半導體技術能彌補不足嗎？在相同的晶粒麵積下
，碳化矽開關的導通電阻大約比矽好10bei，erqietadedaorexishuyehaodeduo，nengrangreliangsanfachuqu，congernengyingduishuangbeidezuigaowendu。zherangrenmennenggouzaixiaofengzhuangzhongbinglianzugoudejingliyizaichongdanggutaiduanluqideIGBT基礎上進行改進，而SiC FET是理想的候選技術。SiC JFET和Si-MOSFET的共源共柵結構易於驅動，具有在當前開關技術中十分出眾的RDS(on) x A 性能表征。作為固態斷路器的論證者，UnitedSiC在1200V和300A額定值的SOT-227封裝中將六個自己生產的1200V雙柵極晶粒並聯，實現了2.2毫歐電阻。在測試中，該原型安全地中斷了接近2000A的故障電流，波形見圖示。

【圖1. SiC FET固態斷路器安全地中斷接近2000A的電流】

如果內部JFET柵(zha)極(ji)顯(xian)露(lu)出(chu)來(lai)並(bing)連(lian)接(jie)到(dao)單(dan)獨(du)的(de)針(zhen)腳(jiao)
，則(ze)可(ke)以(yi)在(zai)快(kuai)速(su)開(kai)關(guan)應(ying)用(yong)中(zhong)對(dui)邊(bian)緣(yuan)速(su)率(lv)進(jin)行(xing)更(geng)直(zhi)接(jie)的(de)控(kong)製(zhi)，並(bing)提(ti)供(gong)固(gu)態(tai)斷(duan)路(lu)器(qi)等(deng)部(bu)分(fen)應(ying)用(yong)中(zhong)可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)的(de)高(gao)效(xiao)、可選常關或常開運行。略微正向偏移JFET柵極的能力也會稍稍提高導通電阻。不過另一個特征會顯現出來
，那就是在正2V左zuo右you以yi上shang，溝gou道dao會hui完wan全quan導dao電dian，柵zha極ji會hui充chong當dang正zheng向xiang偏pian壓ya二er極ji管guan。現xian在zai，如ru果guo注zhu入ru固gu定ding小xiao電dian流liu
，則ze二er極ji管guan的de實shi際ji膝xi點dian電dian壓ya與yu晶jing粒li溫wen度du會hui有you精jing確que的de關guan聯lian。這zhe一yi特te征zheng可ke以yi被bei測ce量liang
，並bing用yong於yu執zhi行xing快kuai速su超chao溫wen檢jian測ce，如ru果guo記ji錄lu溫wen度du趨qu勢shi
，甚shen至zhi可ke以yi實shi現xian長chang期qi運yun行xing狀zhuang況kuang檢jian測ce。

SiC FET固態斷路器取代機電斷路器的趨勢不斷加強

SiC FETdakailedadianliudegutaiduanluqiyingyongdedamen

，qieqisunhaozhihuisuizhejishujinbuerjiangdi。binglianqijianyoukenenghuirangzuizhongsunhaoyujixieduanluqixiangdang，qiechengbenbuyidinghuichengweizuaiyinsu，yinweijinglihuifazhan，shixiangeidingdianzusuoxudejinglihuijianshao。zaiweilaijinian，youyudiandongchexiaoliangcushiduanluqishichangpengzhangerdailaideguimojingjixiaoying，SiC晶圓成本必然會減半。考慮到機電解決方案的維護和替換成本，采用該器件會更有吸引力。

工程領域還有一句諺語：“如果沒壞
，就不要去修。”我要說，不要等到它損壞
，試試用SiC FET固態斷路器打造一個讓人放心的解決方案。

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