仿真看世界之SiC MOSFET单管的并联均流特性

来源:eeworld发布时间:2021-09-06851浏览

询问 AI

开篇前言

关于SiC MOSFET的并联问题，英飞凌已陆续推出了很多技术资料，帮助大家更好的理解与应用。此文章将借助器件SPICE模型与Simetrix仿真环境，分析SiC MOSFET单管在并联条件下的均流特性。

特别提醒

仿真无法替代实验，仅供参考。

1、选取仿真研究对象

SiC MOSFET

IMZ120R045M1(1200V/45mΩ)、TO247-4pin、两并联

Driver IC

1EDI40I12AF、单通道、磁隔离、驱动电流±4A(min)

2、仿真电路Setup

如图1所示，基于双脉冲的思路，搭建双管并联的主回路和驱动回路，并设置相关杂散参数，环境温度为室温。

外部主回路：直流源800Vdc、母线电容Capacitor(含寄生参数)、母线电容与半桥电路之间的杂散电感Ldc_P和Ldc_N、双脉冲电感Ls_DPT

并联主回路：整体为半桥结构，双脉冲驱动下桥SiC MOSFET，与上桥的SiC MOSFET Body Diode进行换流。下桥为Q11和Q12两颗IMZ120R045M1，经过各自发射极(源极)电感Lex_Q11和Lex_Q12，以及各自集电极(漏极)电感Lcx_Q11和Lcx_Q12并联到一起；同理上桥的Q21和Q22的并联结构也是类似连接。

并联驱动回路：基于TO247-4pin的开尔文结构，功率发射极与信号发射级可彼此解耦，再加上1EDI40I12AF这颗驱动芯片已配备OUTP与OUTN管脚，所以每个单管的驱动部分都有各自的Rgon、Rgoff和Rgee(发射极电阻)，进行两并联后与驱动IC的副边相应管脚连接。

驱动部分设置：通过调整驱动IC副边电源和稳压电路，调整门级电压Vgs=+15V/-3V，然后设置门极电阻Rgon=15Ω，Rgoff=5Ω，Rgee先近似设为0Ω(1pΩ)，外加单管门极与驱动IC之间的PCB走线电感。

图1.基于TO247-4Pin的SiC双管并联的双脉冲电路示意图

3、并联动态均流仿真

SiC MOSFET并联的动态均流与IGBT类似，只是SiC MOSFET开关速度更快，对一些并联参数会更为敏感。如图2所示，我们先分析下桥Q11和Q12在双脉冲开关过程中的动态均流特性及其影响因素：

图2.下桥SiC双管并联的双脉冲电路示意图

3.1 器件外部功率源极电感Lex对并联开关特性的影响

设置Lex_Q11=5nH,Lex_Q12=10nH，其他参数及仿真结果如下：

图3.不同Lex电感的并联均流仿真结果

3.2 器件外部功率漏极电感Lcx对并联开关特性的影响

设置Lcx_Q11=5nH,Lcx_Q12=10nH，其他参数及仿真结果如下：

图4.不同Lcx电感的并联均流仿真结果

3.3 器件外部门级电感Lgx对并联开关特性的影响

设置门级电感Lgx_Q11=20nH,Lgx_Q12=40nH，其中Rgon和Rgoff的门级电感都是Lgx，其他参数及仿真结果如下：

图5.不同Lgx电感的并联均流仿真结果

3.4器件外部源极环流电感Lgxe和环流电阻Rgee对并联开关特性的影响

在Lex电感不对称(不均流)的情况下，设置不同的源极抑制电感和电阻

Lgxe=20nH,Rgee=1Ω和3Ω，看看对驱动环流的抑制与均流效果，其仿真结果如下：

图6.加源极抑制电感和电阻之前(虚线)和加之后(实线)的均流特性变化

图7.不同源极抑制电感和电阻(1Ω虚线)和(3Ω实线)的均流特性变化

4、总结

基于以上TO247-4pin的SiC MOSFET两并联的仿真条件与结果，我们可以得到如下一些初步的结论：

1、并联单管的源极电感Lex差异，SiC MOSFET的开通与关断的均流对此非常敏感。因为，源极电感的差异也会耦合影响到驱动回路，以进一步影响均流。如下图8所示，以关断为例，由于源极电感Lex不同，造成源极环流和源极的电位差(VQ11_EE-VQ12_EE)，推高了Q11源极电压VQ11_EE，间接降低了Q11门级与源极之间的电压Vgs_Q11。