SiC JFET并聯(lián)難題大揭秘，這些挑戰讓工程師 “頭禿”！

隨著(zhù)Al工作負載日趨復雜和高耗能，能提供高能效并能夠處理高壓的可靠SiC JFET將越來(lái)越重要。我們將詳細介紹安森美(onsemi)SiC cascode JFET，內容包括Cascode（共源共柵）關(guān)鍵參數和并聯(lián)振蕩的分析，以及設計指南。本文為第一篇，聚焦Cascode產(chǎn)品介紹、Cascode背景知識和并聯(lián)設計。

簡(jiǎn)介

大電流操作通常需要直接并聯(lián)功率半導體器件。出于成本或布局的考慮，并聯(lián)分立器件通常是優(yōu)選方案。另一種替代方案是使用功率模塊，但這些模塊實(shí)際上也是通過(guò)并聯(lián)芯片實(shí)現的。本文總結了適用于所有并聯(lián)電壓柵控型功率半導體（如SiC JFET cascode、SiC MOSFET、Si MOSFET、IGBT等）的通用最佳實(shí)踐方案。并聯(lián)Cascode等高增益器件尤其具有挑戰性。遵循這些實(shí)踐方案有助于成功實(shí)現 SiC JFET cascode的并聯(lián)工作。

Cascode背景知識

如圖 1 所示，cascode 結構是由一個(gè)常開(kāi) SiC JFET（碳化硅結型場(chǎng)效應晶體管） 與一個(gè)低壓 Si MOSFET （硅金屬-氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管）串聯(lián)而成。JFET的 柵極直接連接到 MOSFET 的源極，JFET 的柵極電阻是 JFET 芯片的一部分。

MOSFET 漏極-源極電壓是 JFET 柵極-源極電壓的反相，從而使cascode 結構呈現常關(guān)特性。正如《Cascode入門(mén)》中所述，Cascode與其他功率晶體管的主要區別在于，一旦 VDS超過(guò) JFET 的閾值電壓，就沒(méi)有柵極-漏極電容。  這是因為 JFET 沒(méi)有漏極-源極電容，因此Cascode結構的開(kāi)關(guān)速度極快。  這一特性與寄生電感問(wèn)題相結合，是Cascode并聯(lián)工作中需要解決的核心問(wèn)題。

圖 1 帶雜散阻抗的Cascode結構

并聯(lián)的挑戰

■ 靜態(tài)電流失配

靜態(tài)電流失配是指并聯(lián)器件在開(kāi)關(guān)瞬態(tài)穩定后，并聯(lián)器件之間的電流不匹配現象。對于具有熱不穩定性（如負溫度系數導通電阻的舊式硅二極管或穿通型IGBT）的器件尤其值得關(guān)注。如果各個(gè)器件導通電阻的變化（分布）足夠?。唇?jīng)過(guò)分選的器件），并且為了彌補不可避免的電流失配而留有裕量，則具有負溫度系數的器件可以成功并聯(lián)。

有一個(gè)廣為流傳的誤解，認為正溫度系數導通電阻能強制均流，從而有利于并聯(lián)。實(shí)際上，正溫度系數僅確保熱穩定性?，F代功率半導體（包括 SiC JFET、SiC MOSFET、場(chǎng)截止 IGBT 等）的參數分布較窄，這進(jìn)一步強化了人們對于正溫度系數在均流方面具有強大作用的看法，但決定靜態(tài)均流的是參數分布和共同的散熱裝置。

■ 動(dòng)態(tài)電流失配

圖2 閾值電壓失配導致的動(dòng)態(tài)電流失配

動(dòng)態(tài)電流失配是由MOS柵控器件和JFET器件固有的器件間閾值電壓變化、電流環(huán)路的不對稱(chēng)性以及柵極驅動(dòng)器之間傳播時(shí)延差異（如果適用的話(huà)）所引起的。閾值電壓較低的部件會(huì )較早導通、較晚關(guān)斷，因此會(huì )產(chǎn)生更多的硬開(kāi)關(guān)損耗。在開(kāi)關(guān)頻率非常高的情況下，這種情況更加令人擔憂(yōu)。

圖2顯示了兩個(gè)并聯(lián)cascode電路在導通時(shí)的動(dòng)態(tài)失配。電流失配迅速減小是典型的現象，因為穩態(tài)均流主要由RDS(on)決定。在計算中，使用數據表中RDS(on)和RθJC的最大值，可以為并聯(lián)時(shí)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)電流失配提供安全裕量。

并聯(lián)設計還有哪些挑戰？后續推文我們將繼續介紹。

第二篇跳轉：SiC JFET并聯(lián)的五大難題，破解方法終于來(lái)了！（http://dyxdggzs.com/article/202503/467644.htm）

第三篇跳轉：速看！SiC JFET并聯(lián)設計白皮書(shū)完整版（http://dyxdggzs.com/article/202503/467646.htm）