碳化硅結(jié)型場效應晶體管（SiC JFET）因其低導通電阻（RDS.A）而在特定應用場景中展現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。然而，其常開特性限制了它在需要常關(guān)狀態(tài)的應用中的直接使用。為了克服這一局限，研究者提出了一種結(jié)合SiC JFET和低壓硅MOSFET的Cascode配置方案，以實現(xiàn)常關(guān)開關(guān)模式。

Cascode結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理

Cascode結(jié)構(gòu)通過將一個SiC JFET與一個低壓、常關(guān)的硅MOSFET串聯(lián)起來構(gòu)建，其中JFET的柵極連接到MOSFET的源極。這種設(shè)計使得整個結(jié)構(gòu)能夠在無外部柵源電壓時保持關(guān)閉狀態(tài)。具體而言，當MOSFET導通時，其漏源電壓為負值，這導致JFET柵源電壓接近零，使其進入導通狀態(tài)；反之，當MOSFET關(guān)斷且存在正向漏源電壓時，JFET柵源電壓下降至低于閾值電壓而關(guān)斷。

在實際應用中，有兩種主要的物理布局方式：分立式和堆疊式。分立式Cascode采用并排芯片的方式，其中SiC JFET通常通過銀燒結(jié)固定在封裝引線框架上，而MOSFET則安裝在一個金屬鍍層陶瓷隔離器上，并有兩組獨立的連接線分別連接JFET源極/MOSFET漏極和MOSFET源極/引腳。相比之下，堆疊式Cascode取消了JFET源極與MOSFET漏極之間的連接線，降低了雜散電感的影響，同時采用了更細的連接線來優(yōu)化電氣性能。

特性對比及優(yōu)勢

用于Cascode結(jié)構(gòu)的MOSFET專門針對此配置進行了優(yōu)化設(shè)計，具有較低的導通電阻RDS(on)，大約僅為相同條件下SiC JFET的十分之一，并且具備低反向恢復電荷QRR等優(yōu)點。這些特點使MOSFET能夠有效地控制高電壓條件下的電流流動，同時減少功耗。另一方面，由于大部分開關(guān)和導通損耗集中在JFET上，因此整體系統(tǒng)的效率得到了提升。

值得注意的是，Cascode結(jié)構(gòu)不僅擁有靈活多變的柵極驅(qū)動電壓范圍，還提供了更高的增益。在室溫環(huán)境下，該結(jié)構(gòu)的柵極閾值電壓約為5V，無需施加負電壓即可正常工作。此外，柵極驅(qū)動電壓范圍廣泛，可達±20V，進一步增強了電路設(shè)計的靈活性。更重要的是，即使是在極端的柵源電壓下（如超過8V），其電導率變化也極為有限，這意味著可以通過較小的自舉電壓來驅(qū)動整個系統(tǒng)，從而降低柵極驅(qū)動器的成本和能耗。

綜上所述，通過巧妙地結(jié)合SiC JFET和低壓硅MOSFET形成Cascode結(jié)構(gòu)，研究人員成功解決了傳統(tǒng)SiC JFET存在的常開特性問題，實現(xiàn)了高效的常關(guān)開關(guān)模式。這一創(chuàng)新不僅提升了設(shè)備的整體性能，還在多個方面展示了優(yōu)越的技術(shù)優(yōu)勢，有望在未來電力電子領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。