斷路器是一種用于保護電路免受過流、過載及短路損害的裝置。它不用于保護人員免受電擊，而用于防范此類電擊的裝置被稱為剩余電流裝置（RCD） 或接地故障斷路器（GFCI） 。該裝置可檢測泄漏電流并切斷電路。機電式斷路器的設計可追溯至 20 世紀 20 年代，如今仍被廣泛應用。與早期的熔斷器設計相比，斷路器具有顯著優(yōu)勢 ——可重復使用，而早期的熔斷器使用一次后就必須更換。如今，隨著寬禁帶半導體技術的發(fā)展，固態(tài)斷路器正占據更大的市場份額。與硅基半導體相比，寬禁帶半導體開關在正常運行期間具有更低的通態(tài)損耗和更高的效率。固態(tài)斷路器（又稱電子斷路器）不含機械部件，因為其開關核心是半導體。它通過電子元件檢測故障狀態(tài)并切斷電路，以確保電氣系統(tǒng)的安全性和可靠性。固態(tài)斷路器具有響應速度更快、可動態(tài)調節(jié)的特點，還可連接至智能網絡，并支持遠程監(jiān)控。其應用場景十分廣泛，涵蓋住宅、商業(yè)及工業(yè)交流（AC）系統(tǒng)；同時也可用于高壓直流（HV DC）系統(tǒng)，例如作為電動汽車中高壓電池的隔離開關。

固態(tài)斷路器框圖

下圖展示了一種采用安森美推薦產品的固態(tài)斷路器解決方案框圖。其中最關鍵的組成部分是取代傳統(tǒng)電磁繼電器的開關。柵極驅動器用于控制開關，接口模塊則實現(xiàn)器件間的通信。另一核心部分是檢測模塊，包含電流檢測與溫度檢測功能。為增強系統(tǒng)性能，可集成接地故障斷路器（GFCI）。

碳化硅JFET

結型場效應晶體管（JFET）是一種單極晶體管，主要依賴多數載流子進行導電。它與MOSFET類似，都是基于電場效應原理工作，屬于電壓控制型器件，無需偏置電流。

兩者的主要區(qū)別在于，JFET是一種耗盡型器件（即默認導通狀態(tài)），需要施加反向偏置電壓才能關斷并保持關斷狀態(tài)。雖然某些半導體繼電器應用可以從這種默認導通狀態(tài)中受益，但大多數應用需要的是默認關斷狀態(tài)。通過增加一些外部元件，即使在未施加電源的情況下，也可以構建出一個默認關斷的開關。

圖1展示了VGS=0且漏源電壓VDS近乎為零時SiC JFET的截面結構。該結構代表JFET芯片中數千個并聯(lián)單元之一。安森美SiC JFET具有兩個PN結（二極管）：漏極-柵極和柵極-源極。在這種無偏置狀態(tài)下，漏極與源極之間存在高導電性溝道，使得電子可雙向自由流動，從而實現(xiàn)了安森美SiC JFET特有的低導通電阻特性。

安森美可提供SiC JFET、SiC Cascode JFET和SiC Combo JFET三個系列的產品，每種類型都有其獨特性能，適用于不同的應用場景。其中SiC JFET可使固態(tài)斷路器（SSCB）在高達175°C的機殼材料極限溫度下工作；而SiC材料本身能夠承受更高的溫度。

圖1：標注電流路徑的縱向JFET結構示意圖

SiC JFET

?常開型SiC JFET

?具備最低的Rds

?RDS(VGS 2V) = 7 m?, RDS(VGS 0V) = 8 m?

?適用于斷路器及限流應用

?導通狀態(tài)下JFET的柵源電壓（VGS）可直接反映器件結溫（TJ），是自監(jiān)測功率器件的理想解決方案

SiC Cascode JFET

?與硅基 MOSFET共封裝

?常關型

?支持標準柵極驅動

?內置JFET柵極電阻

?適用于高頻開關應用

SiC Combo JFET

?可獨立控制MOS管和JFET的柵極，實現(xiàn)對開關dV/dt的精確調控

?可直接驅動JFET柵極，在VGS=+2V條件下RDS(ON)降低10%~15%

?簡化多個JFET并聯(lián)使用

?采用與分立JFET + MOSFET相同的柵極驅動方式

?顯著節(jié)省電路板空間

圖2：JFET（上圖）、Cascode JFET（左下圖）和Combo-JFET（右下圖）的符號示意圖

產品核心價值

安森美EliteSiC Combo JFET

SiC Combo JFET 型號： UG4SC075005L8S

將一個 750V 的 SiC JFET 和一個低壓Si MOSFET集成在單個TOLL封裝中。

?750 V, 120 A

?超低導通電阻 RDS(ON)： 25?°C 時為 5 mΩ， 175?°C 時為 12.2 mΩ

?具備常關特性

?優(yōu)化多個器件并聯(lián)工作性能

?工作溫度最高可達 175?°C

?具有高脈沖電流能力

?極佳器件穩(wěn)健性

?短路耐受能力

?采用無引腳 TOLL 封裝（MO-229）

圖3：UG4SC075005L8S與競品導通電阻對比（單位：m?）

Combo JFET評估板

該評估板展示了基于安森美Combo JFET 器件 UG4SC075005L8S 的固態(tài)斷路器設計。

SiC Combo JFET是由一個低壓Si MOSFET和一個高壓SiC常開型JFET組成的復合器件。SiC JFET和Si MOSFET的柵極均可獨立接入。與標準共源共柵結構相比，SiC Combo JFET具有以下優(yōu)勢：通過驅動實現(xiàn)更低的導通電阻 RDS(ON)、可完全控制開關速度，以及具備結溫檢測能力。

圖4：Combo JFET評估板正反面視圖