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SiC JFET与硅MOSFET Cascode结构的优势分析

来源:中芯巨能:提供选型指导+现货供应+技术支持| 发布日期:2025-04-07 12:00:01 浏览量:

碳化硅结型场效应晶体管(SiC JFET)因其低导通电阻(RDS.A)而在特定应用场景中展现出明显优势。然而,其常开特性限制了它在需要常关状态的应用中的直接使用。为了克服这一局限,研究者提出了一种结合SiC JFET和低压硅MOSFET的Cascode配置方案,以实现常关开关模式。

Cascode结构的设计原理

Cascode结构通过将一个SiC JFET与一个低压、常关的硅MOSFET串联起来构建,其中JFET的栅极连接到MOSFET的源极。这种设计使得整个结构能够在无外部栅源电压时保持关闭状态。具体而言,当MOSFET导通时,其漏源电压为负值,这导致JFET栅源电压接近零,使其进入导通状态;反之,当MOSFET关断且存在正向漏源电压时,JFET栅源电压下降至低于阈值电压而关断。

SiC JFET与硅MOSFET Cascode结构的优势分析

在实际应用中,有两种主要的物理布局方式:分立式和堆叠式。分立式Cascode采用并排芯片的方式,其中SiC JFET通常通过银烧结固定在封装引线框架上,而MOSFET则安装在一个金属镀层陶瓷隔离器上,并有两组独立的连接线分别连接JFET源极/MOSFET漏极和MOSFET源极/引脚。相比之下,堆叠式Cascode取消了JFET源极与MOSFET漏极之间的连接线,降低了杂散电感的影响,同时采用了更细的连接线来优化电气性能。

特性对比及优势

用于Cascode结构的MOSFET专门针对此配置进行了优化设计,具有较低的导通电阻RDS(on),大约仅为相同条件下SiC JFET的十分之一,并且具备低反向恢复电荷QRR等优点。这些特点使MOSFET能够有效地控制高电压条件下的电流流动,同时减少功耗。另一方面,由于大部分开关和导通损耗集中在JFET上,因此整体系统的效率得到了提升。

值得注意的是,Cascode结构不仅拥有灵活多变的栅极驱动电压范围,还提供了更高的增益。在室温环境下,该结构的栅极阈值电压约为5V,无需施加负电压即可正常工作。此外,栅极驱动电压范围广泛,可达±20V,进一步增强了电路设计的灵活性。更重要的是,即使是在极端的栅源电压下(如超过8V),其电导率变化也极为有限,这意味着可以通过较小的自举电压来驱动整个系统,从而降低栅极驱动器的成本和能耗。

综上所述,通过巧妙地结合SiC JFET和低压硅MOSFET形成Cascode结构,研究人员成功解决了传统SiC JFET存在的常开特性问题,实现了高效的常关开关模式。这一创新不仅提升了设备的整体性能,还在多个方面展示了优越的技术优势,有望在未来电力电子领域发挥重要作用。

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