輸配電系統(tǒng)與各類靈敏用電設(shè)備的安全運行，離不開對長時間過載與瞬態(tài)短路故障的妥善防護(hù)。這些風(fēng)險若未及時管控，輕則導(dǎo)致設(shè)備損壞，重則引發(fā)系統(tǒng)癱瘓。隨著電力系統(tǒng)電壓等級持續(xù)提升、電動汽車高壓化趨勢加劇，電路中可能出現(xiàn)的最大故障電流已達(dá)到前所未有的水平，對保護(hù)裝置的響應(yīng)速度與耐受能力提出了更嚴(yán)苛的要求，超快速交流/直流斷路器由此成為關(guān)鍵需求。
在過去很長一段時間里，機(jī)械斷路器（EMB）始終是這類保護(hù)場景的主流選擇。但隨著用電場景對可靠性、響應(yīng)速度的要求不斷升級，傳統(tǒng)機(jī)械斷路器的局限性逐漸凸顯，而固態(tài)斷路器（SSCB）憑借其獨特優(yōu)勢，正逐步成為更受青睞的解決方案。
從應(yīng)用場景來看，SSCB的適配范圍極為廣泛，在住宅、商業(yè)及工業(yè)領(lǐng)域的交流（AC）供電系統(tǒng)中，它能為日常用電設(shè)備提供精準(zhǔn)保護(hù)；在高壓直流（HVDC）系統(tǒng)，尤其是電動汽車的高壓電池回路里，它又可作為可靠的隔離開關(guān)，在故障發(fā)生時迅速切斷電路，守護(hù)核心部件安全，成為連接多元用電場景的安全屏障。
固態(tài)斷路器為什么受歡迎
從最關(guān)鍵的故障保護(hù)效率來看，SSCB實現(xiàn)了微秒級響應(yīng)的革命性突破。傳統(tǒng)EMB的分?jǐn)鄷r間通常需要數(shù)毫秒，而SSCB可將這一過程壓縮至不足微秒，能在故障電流尚未達(dá)到峰值時快速切斷電路，從源頭遏制過載、短路對設(shè)備的損害。更重要的是，SSCB采用全電子開關(guān)結(jié)構(gòu)，無機(jī)械觸點動作，可實現(xiàn)完全無弧或微弧分?jǐn)?，徹底消除了EMB觸點斷開時可能產(chǎn)生的危險電弧閃光，大幅提升了保護(hù)過程的安全性與穩(wěn)定性。
使用壽命與運維成本的優(yōu)勢，進(jìn)一步強(qiáng)化了SSCB的應(yīng)用價值。EMB依賴機(jī)械觸點的物理動作實現(xiàn)通斷，觸點會隨使用次數(shù)增加而逐漸磨損，而SSCB無任何活動機(jī)械部件，在合理能量限制范圍內(nèi)可實現(xiàn)多次通斷循環(huán)，不僅大幅延長了設(shè)備整體使用壽命，還減少了運維次數(shù)與成本，契合工業(yè)、新能源等領(lǐng)域?qū)υO(shè)備長周期穩(wěn)定運行的需求。
SSCB支持有線或無線連接，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控與遠(yuǎn)程重置，無需人工現(xiàn)場操作，提升了運維便捷性。同時，其電流額定值具備可編程、可動態(tài)調(diào)節(jié)的特性，能根據(jù)不同負(fù)載場景靈活調(diào)整保護(hù)參數(shù)，還可集成軟啟動、故障診斷等功能，為系統(tǒng)提供更精細(xì)化的能源管理與故障預(yù)警支持。
此外，SSCB適配全球新興標(biāo)準(zhǔn)，包括美國2022年5月發(fā)布的UL 4891標(biāo)準(zhǔn)與歐洲的 IEC 60947-10標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足不同地區(qū)、不同行業(yè)的合規(guī)要求，加速了在住宅、商業(yè)、工業(yè)交流系統(tǒng)及電動汽車高壓直流系統(tǒng)等場景的落地進(jìn)程。
從結(jié)構(gòu)到易用性的全方位適配
在SSCB市場份額不斷擴(kuò)張的背景下，寬禁帶半導(dǎo)體開關(guān)相較于硅基器件更低的通態(tài)損耗與更高的運行效率，為SSCB性能升級提供了關(guān)鍵支撐。其中，安森美（onsemi）SiC JFET（結(jié)型場效應(yīng)晶體管）憑借在工作性能、空間適配、可靠性及易用性上的全方位精準(zhǔn)匹配，成為SSCB的核心器件選擇。
從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行剖析，在VGS=0且漏源電壓VDS近乎為零時的無偏置狀態(tài)下，安森美的SiC JFET截面結(jié)構(gòu)包含兩個PN結(jié)：漏極-柵極和柵極-源極。其中，漏極與源極之間存在高導(dǎo)電性溝道，使得電子可雙向自由流動，再結(jié)合晶圓減薄等先進(jìn)工藝，達(dá)成了單位面積下極低的導(dǎo)通電阻（RDS (on)）。這種低損耗的特性，使SSCB在持續(xù)運行中能保持穩(wěn)定工作狀態(tài)，配合SiC材料的耐高溫特性，能有效適應(yīng)復(fù)雜場景下的溫度波動，為長期可靠運行提供保障。
空間緊湊性是SiC JFET適配SSCB小型化需求的另一優(yōu)勢。安森美的SiC Combo JFET采用堆疊芯片設(shè)計，將SiC JFET與Si MOSFET集成于單一TOLL封裝內(nèi)，在保留對JFET開關(guān)速度精準(zhǔn)控制能力的同時，大幅縮減了PCB板占用空間。以20A、240VAC且需滿足1.2倍過載2小時要求的SSCB為例，僅需4顆安森美的SiC Combo JFET器件即可滿足設(shè)計需求，高集成度設(shè)計完美契合SSCB小型化、高密度布局的發(fā)展趨勢。此外，SiC JFET還可兼作溫度或電流傳感器，減少了額外傳感元件的使用，進(jìn)一步簡化了產(chǎn)品的電路結(jié)構(gòu)。
可靠性作為SSCB保護(hù)功能的核心要求，在安森美SiC JFET上得到充分體現(xiàn)。安森美SiC JFET因結(jié)構(gòu)簡單因而避免了參數(shù)漂移或滯后現(xiàn)象，同時對柵極欠壓、過壓具有良好耐受性，能在高溫、大電流甚至短路、雪崩等極端場景下保持穩(wěn)定。并且，其750V的電壓額定值不僅能覆蓋85-265VAC的通用輸入電壓范圍，還能應(yīng)對電纜電感帶來的感應(yīng)尖峰和宇宙輻射可能引發(fā)的失效風(fēng)險，遠(yuǎn)超400V額定值的安全水平。
在易用性設(shè)計上，安森美SiC JFET顯著降低了SSCB的開發(fā)與應(yīng)用門檻。其支持標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動器控制，配合簡單的電阻即可實現(xiàn)柵極電流限制，無需復(fù)雜的專用驅(qū)動電路。通過調(diào)整柵極電阻，可靈活控制開關(guān)電流和電壓的變化速度，還能通過脈沖方式限制電容組的浪涌電流。
應(yīng)對多場景的SiC JFET產(chǎn)品線
安森美可提供SiC JFET、SiC Cascode JFET和SiC Combo JFET三個系列的產(chǎn)品，每種類型都有其獨特性能，適用于不同的應(yīng)用場景。其中，SiC JFET具備最低的RDS (on) ，導(dǎo)通狀態(tài)下JFET的柵源電壓（VGS）可直接反映器件結(jié)溫（TJ），是自監(jiān)測功率器件的理想解決方案。SiC Cascode JFET是SiC JFET與硅基 MOSFET共封裝，適用于高頻開關(guān)應(yīng)用。SiC Combo JFET，可獨立控制MOS管和JFET的柵極，實現(xiàn)對開關(guān)dV/dt的精確調(diào)控 ，簡化多個JFET并聯(lián)使用，顯著節(jié)省電路板空間。
具有代表性產(chǎn)品的是SiC Combo JFET UG4SC075005L8S，將一個750V的SiC JFET和一個低壓Si MOSFET集成在單個TOLL封裝中。其具備超低導(dǎo)通電阻RDS(ON)：25℃時為5 mΩ，175℃時為12.2 mΩ；具備常關(guān)特性，優(yōu)化多個器件并聯(lián)工作性能，工作溫度最高可達(dá) 175?℃；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）。
安森美還基于UG4SC075005L8S SiC Combo JFET推出了針對性的SSCB設(shè)計方案。該設(shè)計方案充分依托UG4SC075005L8S低導(dǎo)通電阻、高集成度及高可靠性的特性，可直接為客戶提供適配SSCB應(yīng)用場景的硬件架構(gòu)與技術(shù)參考，減少客戶在器件選型、電路布局及性能調(diào)試上的研發(fā)投入，助力SSCB產(chǎn)品快速落地，進(jìn)一步凸顯了安森美SiC JFET在SSCB領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢與服務(wù)能力。
（來源：安森美）
