本文描述了使用 SiC MOSFET 的一般接線圖，并解釋了如何將其整合到仿真中。

碳化硅 (SiC) 是一種日益重要的半導體材料，未來必將在大功率應用中取代硅。為了更好地管理 SiC 器件，有必要創建一個足夠的驅動程序來保證其明確激活或停用。一般來說，它的閉合需要在“柵極”和“源極”之間施加大約 20 V 的電壓，而對于它的打開，需要大約 -5 V 的負電壓（地）并且開關驅動器必須非常快，否則，工作溫度、開關損耗和電阻 Rds(on) 會增加。某些器件（例如二極管和 SiC 功率 MOSFET）非常昂貴，如果您不能 100% 確定電路，則不方便對其進行試驗。電路的模擬非常重要，因為它允許在所有條件下進行完整的分析，同時在您的計算機后面保持安全。在本文中，我們將使用 LTspice 軟件。

正確使用 SiC MOSFET 的出色驅動器

本文的仿真重點是驅動程序的性能。如果無法高速提供正確的電壓，SiC 器件必然會出現故障，從而導致發熱和效率低下。使用的 MOSFET 是UnitedSiC UF3C065080T3S型號，與測試方案一起包含在 TO-220 封裝（見圖 1）中。它具有以下特點：

• Rds（開）：0.080 歐姆；
• 最大電壓 DS：650 V；
• GS 電壓：-25 V 至 +25 V；
• 持續漏極電流：31 A；
• 脈沖漏極電流：65 A；
• 最大耗散：190 W；
• 最高工作溫度：175℃；
• 優秀的反向恢復；
• 低“門”電荷；
• 容量低；
• ESD保護；
• 非常低的開關損耗。

圖 1：UnitedSiC 的 UF3C065080T3S SiC MOSFET 和測試原理圖

“門”電壓測試

根據型號規格，該測試涉及器件的靜態行為，固定“漏極”電壓為 24 V (V1)，可變“柵極”電壓 (V2) 介于 -25 V 和 +25 V 之間。負載為 1 歐姆。這種稱為“直流掃描”的模擬允許分析任何類型的電量，從而預見可變和增加的電源電壓。結果非常有趣，清楚地表明設備“門”的電源電壓不正確會產生災難性的結果。讓我們觀察圖 2 中產生的電路的仿真。要檢查的信號如下：

• 電壓 V(gate)，下圖中淺色；
• 負載電流 I(R1)，在下圖中；
• 上圖中 Power on Mosfet 器件消耗的功率；
• 所有信號都在圖表右側“放大”。

當“柵極”電壓低于約 5.8 V 時，MOSFET 被禁用且不傳導任何電流。另一方面，如果該電壓大于 6.8 V，則器件關閉并傳導電流。所以，若是在禁錮之中，也不會消散任何力量。它的飽和導致耗散增加（例如大約 40 W），這是一個完全正常的值。當“柵極”電壓介于 5.8 V 和 6.8 V 之間時，會出現臨界工作點。在這種情況下，電路處于線性狀態，從功率圖中可以看出，MOSFET 的耗散非常高，達到140 W。當“門”電壓曲線與負載電流曲線（P = V * I）相交時，必須避免該工作點。出色的驅動器必須確保清晰的關斷電壓 (<5 V) 和飽和電壓 (> 15 V)。

圖 2：此模擬涉及在 -25V 和 +25V 之間增加的“柵極”電壓。MOSFET 的行為發生顯著變化

在器件導通的情況下，從負載流過“漏極”的電流非常高，約為 22 A，可通過以下公式計算：

Rds(ON) 的值也很容易計算，使用以下等式：

根據所用 SiC MOSFET 的規格，從中獲得約 85.8 毫歐的值。

結論

在本文中，我們執行了一個重要的靜態行為基礎模擬，展示了優秀驅動器的存在對于驅動和管理 SiC 器件的重要性。驅動程序必須具有以下功能：

• 必須在ON和OFF狀態提供清晰準確的電壓，絕對避免在線性區運行；
• 它的驅動速度必須非常快，比 SiC MOSFET 提供的可能性要快得多。

如果您能夠正確驅動 SiC 器件，您就可以獲得這些最新一代組件所能提供的所有重要的速度、功率和效率優勢。

審核編輯：湯梓紅