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EBV - onsemi - SiC JFETs (HB)

一项技术,双重使命

EBV - onsemi - Elite SiC - SiC - JFETs Title Static HTML

onsemi EliteSiC JFET——专为严苛环境而生

电路保护、热插拔与大功率分配

硅器件往往在系统最无法承受的时刻发生击穿——无论是峰值负载下、温度临界点,还是故障演变为系统崩溃前的微秒之间。这正是传统器件力不从心的时刻。

onsemi 的 EliteSiC JFET 专为应对这些挑战而设计。它将超低 RDS(on)、线性模式下的稳健性以及高速故障响应集于单一 SiC 平台——这项技术不仅开关速度快,防护能力强,更能应对您所能设想的任何环境。

 

 



 

在非理想条件下,也绝不妥协。

在各种高压力环境下,设计人员都面临着同样严苛的限制——高温、电压尖峰、故障事件,且不容许任何性能退化。这些正是碳化硅JFET(SiC JFET)所专为应对的条件。
 

AI数据中心

  • 热插拔模块
  • 高压IBC
  • 环形二极管/理想二极管
  • 高压直流 (HVDC) 及交流-直流 (AC-DC) 电源
  • 快速再涌流处理

工业电源

  • 固态断路器
  • 电机控制与自动化
  • UPS 及 PDU 系统
  • 可再生能源隔离开关

航空航天、国防与太空

  • 抗辐射电流限制
  • 轻量化保护装置
  • 配电单元

汽车

  • 电池隔离开关 (BDU)
  • 固态继电器 (SSR)
  • 电动汽车充电与保护元件
  • 电子保险丝

 

这些应用需要稳定的线性模式运行、快速的故障清除以及极高的鲁棒性,而机械或混合保护方案往往难以满足这些要求。



框图

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AI Data Center Block Diagram

AI 数据中心

Solid State Circuit Breaker Block Diagram

固态断路器

Power Distribution Unit Block Diagram

配电单元

 

 

一包通关:为何 SiC JFET 在现场应用中胜出

单一器件,双重模式。SiC JFET 原生支持开关和线性工作模式——用单一坚固的平台取代多器件的权宜之计,在关键场景中发挥卓越性能。
 

所有SiC技术中单位面积RDS(on)最低

  • 芯片尺寸比SiC MOSFET小50%
  • 实现更低的导通损耗和紧凑设计

高鲁棒性的线性模式工作

  • 在浪涌、再浪涌和恒功率控制期间运行稳定
  • 热不稳定区极小
  • 非常适合SSCB、热插拔和预充电电路

高速开关

  • 电路保护速度比机械断路器快达 1000 倍
  • 极低的关断能量 (Eoff)
  • 微秒级故障清除

智能控制与监控
直接访问 JFET 栅极,可实现::

  • 可调开关速度
  • 过驱动可降低约 10–15% 的 RDS(on)
  • 片上温度检测(基于 VGS)
  • 正温度系数特性确保并联友好

严苛环境下的可靠性能

  • 线性与开关模式下均具备稳健的安全工作区 (SOA)
  • 高脉冲电流能力(例如:单器件600 A开关应用)
  • 具备辐射耐受性FIT特性,适用于航空航天领域

 

更多资源:

 


一项技术。双重使命。三种配置。

无论您的优先考虑是开关速度还是系统保护,EliteSiC JFET 都能同时满足这两方面的需求——所有型号均具备相同的核心优势:

SPEED LANE → SiC 级联 JFET
切换更快,损耗更低,运行更凉爽。支持 0–10 V 即插即用,具备业界领先的 RDS(on),专为数据中心、可再生能源及工业驱动器优化。

防护通道 → JFET 与 SiC 组合 JFET
应对 MOSFET 无法承受的严苛环境。具备无与伦比的线性模式鲁棒性,适用于固态断路器、电动汽车安全及电网保护。
 

所有配置均具备:

  • 单一技术支持开关与线性功率模式
  • 故障断开速度优于机械断路器
  • PDU、BDU及热插拔路径的导通损耗最低
  • 在高应力环境(AI、航空航天、EV)中表现稳定
  • 灵活驱动:0/12 V、±15 V 或直接 JFET 栅极驱动
  • 通过组合 JFET 集成节省 40% PCB 空间

 

 

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碳化硅JFET

  • 常导型碳化硅JFET
  • 业界最低导通电阻(RDS on)
  • 导通状态下的VGS值与Tj成正比 → 理想的自监测功率器件
  • 1700 V,RDS on … 400 mΩ
  • 1200 V,RDS on … 7.1 mΩ – 70 mΩ
  • 750 V,导通状态下 RDS … 4.3 mΩ – 4.8 mΩ
  • 目标应用:断路器、限流应用
     

SiC JFETs

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碳化硅级联 JFET

  • 双芯片共封装级联结构
  • 可直接替换标准常关型 MOSFET
  • 超低导通电阻,高脉冲电流
  • 1700 V,导通电阻 … 410 mΩ
  • 1200 V,导通电阻 … 9 mΩ – 410 mΩ
  • 650 V,导通电阻 … 7 mΩ – 85 mΩ
  • 目标应用:电源、逆变器、充电
     

SiC Cascode JFETs

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碳化硅组合JFET

  • 1个封装内含2个芯片 → 组合JFET
  • MOSFET和JFET栅极可独立控制 → 更优的开关dV/dt控制
  • 超低导通电阻(RDS on),高脉冲电流
  • 1200 V,RDS on ≤ 10 mΩ
  • 750 V,RDS on … 5 mΩ – 10 mΩ
  • 目标应用:固态断路器、隔离开关
     

SiC Combo JFETs

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EBV - onsemi - SiC JFETs Table

 

 

 

电压等级 配置 封装 关键特性 应用案例
750 V JFET / Combo JFET TOLL, TO-247, D2PAK, TOLT Lowest RDS(on)/area, high pulse current SSCB, PDU, Oring, eFuse
750 V CJFET TOLL, TO-247, D2PAK, TOLT Best FoM, optimized for soft switching HV IBC, HV DC-DC, AC/DC
1200 V JFET / Combo JFET TO-247, QDPAK, HD-TSOP, D2PAK High-voltage SOA, robust linear mode HV Hotswap, EV Battery disconnect, AD&D PDU
1200 V CJFET TO-247, QDPAK, HD-TSOP, D2PAK Best FoM, optimized for soft switching HVDC PSU

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Videos

onsemi Solic State Circuit Breaker with SiC Combo JFET

onsemi Circuit Protection SiC JFETs
 

EBV & onsemi at PCIM 2025
 

 

 

EBV - onsemi - SiC JFETs - General FAQ Static HTML

碳化硅JFET——常见问题解答 (FAQ)

一般问题:

碳化硅JFET能够实现更低的 RDS(on),是因为它们不使用栅极氧化层,而是通过体碳化硅通道导通电流,从而消除了表面通道电阻和氧化层可靠性限制。这使得其电阻值比 SiC MOSFET 更接近理论单极限值,从而在高压分立器件中实现了单位面积最低的比导通电阻 ( RDS(on))。

电气优势:

  • 更低的 RDS(on)(每平方毫米):
    • SiC JFET 通过体SiC材料导通,无需栅极氧化层,从而在高压分立器件中实现了最低的单位面积导通电阻 (RDS(A)),其工作状态更接近理论上的单极型极限。
  • 无体二极管且无反向恢复电荷:
    • 由于不存在本征体二极管,消除了反向恢复损耗,从而降低了开关应力并提高了效率,特别是在保护和热插拔应用中。
  • 集成结温检测:
    • 通过小电流对JFET栅源电压施加正向偏置,可在无需外部传感器的情况下实现精确的片上结温测量。

可靠性优势

  • 无栅极氧化层,无氧化层耗损:
    • SiC JFET消除了栅极氧化层相关的可靠性隐患,例如阈值电压漂移以及在高电场下的长期退化。
  • 卓越的鲁棒性:
    • SiC JFET 和 SiC 组合 JFET 设计用于在安全工作区 (SOA) 内工作,可在浪涌、过载和短路事件期间安全地在线性及准线性模式下运行。
  • 正温度系数便于并联:
    • 随着温度升高,导通电阻随之增加,这有助于器件并联时实现稳定的电流分流,从而在较高电流水平下提高可靠性。
  • 无机械磨损:
    • 作为固态器件,基于 SiC JFET 的解决方案不会出现触点侵蚀或电弧现象,因此能够反复承受故障和热插拔事件而不会导致性能退化。

系统级优势

  • 更高的功率密度和更小的外形尺寸:
    • 更低的损耗和更低的散热要求使得设计更加紧凑,特别是在固态断路器、电子保险丝和热插拔系统中。
  • 减少外部元件数量:
    • 集成的温度传感功能和可控的线性模式特性,减少了对外部传感器、分流电阻和保护元件的需求。
  • 提高系统效率并降低热管理难度:
    • 更低的导通和开关损耗直接转化为更简单的热设计和更高的系统效率。
  • 支持新型保护与控制架构:
    • 精确的限流、快速断开及可复位保护功能,使固态断路器、电池断路器以及先进的热插拔解决方案成为可能,而仅使用碳化硅MOSFET难以实现这些功能。
通过在常开型 SiC JFET 与低压硅 MOSFET 之间串联,即可将常开型 SiC JFET 转换为常关型。当 MOSFET 关断时,其漏源电压会在 JFET 上产生负栅源电压,从而压断通道并阻断高压。根据具体实现方式的不同,这种配置被称为级联式(cascode)或组合式(Combo)JFET。
  • 级联型 JFET (CJFET): MOSFET 和 JFET 内部连接,其电气特性类似于具有超低 RDS(on) 的 MOSFET,专为快速开关模式工作而优化。
  • 组合型 JFET:MOSFET 和 JFET 的栅极均可独立控制,支持独立控制、速度调节、线性模式工作、限流以及安全并联。

与分立的JFET + MOSFET组合相比,组合型JFET有哪些优势?

组合型JFET将两个芯片集成于单一封装中,可提供:

  • 减少PCB面积(据称可节省高达~40%)
  • 受控的寄生参数和可预测的开关特性
  • 保证MOSFET的雪崩协调
  • 简化认证流程并提高可靠性

这直接提升了 SSCB 和热插拔设计的鲁棒性。

特定的汽车级 SiC JFET 和组合型 JFET 型号已通过 AEC-Q101 认证。认证状态因器件而异,应根据产品编号 (OPN) 进行核查。
是的。在专为常关工作模式设计的组合型 JFET 配置中,一旦栅极电源中断,MOSFET 就会被强制关断,从而向 JFET 施加负栅极偏压,使器件即使在高压下也能处于安全的阻断状态。
  • MOSFET栅极:通常为10–15 V(兼容标准控制器)
  • JFET栅极(若被驱动):导通时为0 V至+2 V,关断时为负值

这种广泛的兼容性使其能够与标准的热插拔和eFuse控制器配合使用。

JFET 本身不会引入固有延迟。开关速度可通过 JFET 栅极电阻进行有意控制,使设计人员能够减慢开关速度以实现安全的线性模式工作,或加快速度以实现正常导通。
SiC JFET 和 Combo JFET 的开关速度在纳秒量级,但在电路保护和热插拔应用中,通常会刻意将其速度降低(微秒至毫秒级),以安全地管理浪涌电流、安全工作区 (SOA) 以及 dv/dt 应力。

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SiC JFET – 常见问题解答 (FAQ)

适用于 dFuse / eFuse 应用

可以。SiC JFET 和 Combo JFET 被明确定位为固态 eFuse 和 dFuse 解决方案,可在无需牺牲元件的情况下实现限流、快速故障中断和可复位保护。
在硬短路期间,器件会进入受控的线性或准线性工作模式,从而限制电流,并允许控制器安全关断。关断速度比机械式器件快几个数量级,从而大幅降低了故障能量。
可以。与机电解决方案不同,基于 SiC JFET 的保护方案不存在触点磨损问题,且测试结果表明,在安全操作区 (SOA) 内工作时,该方案在反复的浪涌、过流和短路事件中表现稳定。
过流响应发生在微秒至亚微秒范围内,具体取决于传感和控制的实现方式,其速度比机械断路器快达 1000 倍。
可以。电容器充电过程中的线性模式限流是主要应用场景,可防止千安级的浪涌尖峰,即使面对大容量电容,也能实现受控且无压力的启动。

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SiC JFET – 常见问题解答 (FAQ)

针对热插拔应用

可以。SiC 组合型 JFET 既可替代 NTC 和机械解决方案,也可由标准热插拔控制器直接驱动,具有损耗更低、可编程性及重置能力等优势。
表现非常出色。受控的线性工作模式可在预充电期间实现精确的电流整形,即使面对数百至数千微法拉的负载电容,也能避免振荡并最大限度地降低热应力。
可以。由于没有活动触点且不会产生电弧,在安全工作区 (SOA) 限制内可进行无限次热插拔循环,因此非常适合 AI 数据中心和工业电源系统。

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