【導讀】工程界有一句諺語：“會動的就會斷。”我(wo)們(men)都(dou)知(zhi)道(dao)
，機(ji)械(xie)部(bu)件(jian)通(tong)常(chang)是(shi)第(di)一(yi)個(ge)出(chu)故(gu)障(zhang)的(de)，比(bi)如(ru)風(feng)扇(shan)或(huo)繼(ji)電(dian)器(qi)，而(er)在(zai)電(dian)路(lu)係(xi)統(tong)中(zhong)，您(nin)需(xu)要(yao)一(yi)套(tao)進(jin)行(xing)前(qian)瞻(zhan)性(xing)維(wei)護(hu)和(he)更(geng)換(huan)這(zhe)些(xie)部(bu)件(jian)的(de)程(cheng)序(xu)來(lai)“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。”我(wo)們(men)都(dou)知(zhi)道(dao)
，機(ji)械(xie)部(bu)件(jian)通(tong)常(chang)是(shi)第(di)一(yi)個(ge)出(chu)故(gu)障(zhang)的(de)，比(bi)如(ru)風(feng)扇(shan)或(huo)繼(ji)電(dian)器(qi)，而(er)在(zai)電(dian)路(lu)係(xi)統(tong)中(zhong)，您(nin)需(xu)要(yao)一(yi)套(tao)進(jin)行(xing)前(qian)瞻(zhan)性(xing)維(wei)護(hu)和(he)更(geng)換(huan)這(zhe)些(xie)部(bu)件(jian)的(de)程(cheng)序(xu)來(lai)“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400V直(zhi)流(liu)電(dian)，而(er)且(qie)在(zai)故(gu)障(zhang)電(dian)流(liu)中(zhong)斷(duan)時(shi)，由(you)於(yu)連(lian)接(jie)電(dian)感(gan)，電(dian)壓(ya)峰(feng)值(zhi)還(hai)會(hui)更(geng)高(gao)。電(dian)壓(ya)會(hui)造(zao)成(cheng)電(dian)弧(hu)，電(dian)弧(hu)會(hui)讓(rang)斷(duan)路(lu)器(qi)觸(chu)點(dian)汽(qi)化(hua)
，而(er)且(qie)由(you)於(yu)是(shi)直(zhi)流(liu)電(dian)，電(dian)弧(hu)會(hui)持(chi)續(xu)存(cun)在(zai)，還(hai)不(bu)像(xiang)交(jiao)流(liu)電(dian)一(yi)樣(yang)存(cun)在(zai)能(neng)消(xiao)除(chu)電(dian)弧(hu)的(de)零(ling)點(dian)交(jiao)叉(cha)。接(jie)通(tong)和(he)斷(duan)開(kai)的(de)速(su)度(du)也(ye)慢(man)，需(xu)要(yao)數(shu)十(shi)毫(hao)秒(miao)
，從(cong)而(er)允(yun)許(xu)在(zai)短(duan)路(lu)情(qing)況(kuang)下(xia)通(tong)過(guo)能(neng)造(zao)成(cheng)損(sun)壞(huai)的(de)能(neng)量(liang)。隨(sui)著(zhe)斷(duan)路(lu)器(qi)老(lao)化(hua)
，它(ta)還(hai)會(hui)變(bian)得(de)更(geng)慢(man)，損(sun)耗(hao)更(geng)大(da)。總(zong)而(er)言(yan)之(zhi)，大(da)電(dian)流(liu)機(ji)械(xie)斷(duan)路(lu)器(qi)麵(mian)對(dui)著(zhe)重(zhong)重(zhong)困(kun)難(nan)，因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)打(da)造(zao)得(de)很(hen)堅(jian)固(gu)
，有(you)時(shi)還(hai)要(yao)使(shi)用(yong)奇(qi)特(te)的(de)方(fang)法(fa)清(qing)除(chu)電(dian)弧(hu)，如(ru)製(zhi)造(zao)多(duo)股(gu)壓(ya)縮(suo)氣(qi)體(ti)氣(qi)流(liu)或(huo)使(shi)用(yong)磁(ci)性(xing)滅(mie)弧(hu)線(xian)圈(quan)。

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MOSFET並(bing)聯(lian)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)這(zhe)一(yi)要(yao)求(qiu)，但(dan)是(shi)成(cheng)本(ben)也(ye)會(hui)劇(ju)增(zeng)

，而(er)且(qie)如(ru)果(guo)您(nin)需(xu)要(yao)雙(shuang)向(xiang)導(dao)電(dian)能(neng)力(li)，則(ze)成(cheng)本(ben)還(hai)會(hui)翻(fan)倍(bei)。機(ji)電(dian)斷(duan)路(lu)器(qi)不(bu)便(bian)宜(yi)，但(dan)是(shi)仍(reng)具(ju)有(you)成(cheng)本(ben)優(you)勢(shi)。

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 FET打(da)開(kai)了(le)大(da)電(dian)流(liu)的(de)固(gu)態(tai)斷(duan)路(lu)器(qi)應(ying)用(yong)的(de)大(da)門(men)，且(qie)其(qi)損(sun)耗(hao)隻(zhi)會(hui)隨(sui)著(zhe)技(ji)術(shu)進(jin)步(bu)而(er)降(jiang)低(di)。並(bing)聯(lian)器(qi)件(jian)有(you)可(ke)能(neng)會(hui)讓(rang)最(zui)終(zhong)損(sun)耗(hao)與(yu)機(ji)械(xie)斷(duan)路(lu)器(qi)相(xiang)當(dang)，且(qie)成(cheng)本(ben)不(bu)一(yi)定(ding)會(hui)成(cheng)為(wei)阻(zu)礙(ai)因(yin)素(su)，因(yin)為(wei)晶(jing)粒(li)會(hui)發(fa)展(zhan)，實(shi)現(xian)給(gei)定(ding)電(dian)阻(zu)所(suo)需(xu)的(de)晶(jing)粒(li)會(hui)減(jian)少(shao)。在(zai)未(wei)來(lai)幾(ji)年(nian)，由(you)於(yu)電(dian)動(dong)車(che)銷(xiao)量(liang)促(cu)使(shi)斷(duan)路(lu)器(qi)市(shi)場(chang)膨(peng)脹(zhang)而(er)帶(dai)來(lai)的(de)規(gui)模(mo)經(jing)濟(ji)效(xiao)應(ying)，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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