仿真看世界之SiC MOSFET單管的并聯均流特性

張浩英飛凌工業半導體

開篇前言

關于SiC MOSFET的并聯問題，英飛凌已陸續推出了很多技術資料，幫助大家更好的理解與應用。此文章將借助器件SPICE模型與Simetrix仿真環境，分析SiC MOSFET單管在并聯條件下的均流特性。

特別提醒

仿真無法替代實驗，僅供參考。

1、選取仿真研究對象

SiC MOSFET

IMZ120R045M1（1200V/45mΩ）、TO247-4pin、兩并聯

Driver IC

1EDI40I12AF、單通道、磁隔離、驅動電流±4A（min）

2、仿真電路Setup

如圖1所示，基于雙脈沖的思路，搭建雙管并聯的主回路和驅動回路，并設置相關雜散參數，環境溫度為室溫。

外部主回路：直流源800Vdc、母線電容Capacitor（含寄生參數）、母線電容與半橋電路之間的雜散電感Ldc_P和Ldc_N、雙脈沖電感Ls_DPT

并聯主回路：整體為半橋結構，雙脈沖驅動下橋SiC MOSFET，與上橋的SiC MOSFET Body Diode進行換流。下橋為Q11和Q12兩顆IMZ120R045M1，經過各自發射極（源極）電感Lex_Q11和Lex_Q12，以及各自集電極（漏極）電感Lcx_Q11和Lcx_Q12并聯到一起；同理上橋的Q21和Q22的并聯結構也是類似連接。

并聯驅動回路：基于TO247-4pin的開爾文結構，功率發射極與信號發射級可彼此解耦，再加上1EDI40I12AF這顆驅動芯片已配備OUTP與OUTN管腳，所以每個單管的驅動部分都有各自的Rgon、Rgoff和Rgee（發射極電阻），進行兩并聯后與驅動IC的副邊相應管腳連接。

驅動部分設置：通過調整驅動IC副邊電源和穩壓電路，調整門級電壓Vgs=+15V/-3V，然后設置門極電阻Rgon=15Ω，Rgoff=5Ω，Rgee先近似設為0Ω（1pΩ），外加單管門極與驅動IC之間的PCB走線電感。

圖1.基于TO247-4Pin的SiC雙管并聯的雙脈沖電路示意圖

3、并聯動態均流仿真

SiC MOSFET并聯的動態均流與IGBT類似，只是SiC MOSFET開關速度更快，對一些并聯參數會更為敏感。如圖2所示，我們先分析下橋Q11和Q12在雙脈沖開關過程中的動態均流特性及其影響因素：

圖2.下橋SiC雙管并聯的雙脈沖電路示意圖

3.1 器件外部功率源極電感Lex對并聯開關特性的影響

設置Lex_Q11=5nH，Lex_Q12=10nH，其他參數及仿真結果如下：

圖3.不同Lex電感的并聯均流仿真結果

3.2 器件外部功率漏極電感Lcx對并聯開關特性的影響

設置Lcx_Q11=5nH，Lcx_Q12=10nH，其他參數及仿真結果如下：

圖4.不同Lcx電感的并聯均流仿真結果

3.3 器件外部門級電感Lgx對并聯開關特性的影響

設置門級電感Lgx_Q11=20nH，Lgx_Q12=40nH，其中Rgon和Rgoff的門級電感都是Lgx，其他參數及仿真結果如下：

圖5.不同Lgx電感的并聯均流仿真結果

3.4器件外部源極環流電感Lgxe和環流電阻Rgee對并聯開關特性的影響

在Lex電感不對稱（不均流）的情況下，設置不同的源極抑制電感和電阻Lgxe=20nH，Rgee=1Ω和3Ω，看看對驅動環流的抑制與均流效果，其仿真結果如下：

圖6.加源極抑制電感和電阻之前（虛線）和加之后（實線）的均流特性變化

圖7.不同源極抑制電感和電阻（1Ω虛線）和（3Ω實線）的均流特性變化

4、總結

基于以上TO247-4pin的SiC MOSFET兩并聯的仿真條件與結果，我們可以得到如下一些初步的結論：

1、并聯單管的源極電感Lex差異，SiC MOSFET的開通與關斷的均流對此非常敏感。因為，源極電感的差異也會耦合影響到驅動回路，以進一步影響均流。如下圖8所示，以關斷為例，由于源極電感Lex不同，造成源極環流和源極的電位差（VQ11_EE-VQ12_EE），推高了Q11源極電壓VQ11_EE，間接降低了Q11門級與源極之間的電壓Vgs_Q11。