仿真分析SiC MOSFET單管的并聯(lián)均流特性-KIA MOS管

仿真電路Setup

如圖1所示，基于雙脈沖的思路，搭建雙管并聯(lián)的主回路和驅(qū)動(dòng)回路，并設(shè)置相關(guān)雜散參數(shù)，環(huán)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(shù)）、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(lián)主回路：整體為半橋結(jié)構(gòu)，雙脈沖驅(qū)動(dòng)下橋SiC MOSFET，與上橋的SiC MOSFET Body Diode進(jìn)行換流。

下橋?yàn)镼11和Q12兩顆IMZ120R045M1，經(jīng)過各自發(fā)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(lián)到一起；同理上橋的Q21和Q22的并聯(lián)結(jié)構(gòu)也是類似連接。

并聯(lián)驅(qū)動(dòng)回路：基于TO247-4pin的開爾文結(jié)構(gòu)，功率發(fā)射極與信號(hào)發(fā)射級(jí)可彼此解耦，再加上1EDI40I12AF這顆驅(qū)動(dòng)芯片已配備OUTP與OUTN管腳，所以每個(gè)單管的驅(qū)動(dòng)部分都有各自的Rgon、Rgoff和Rgee（發(fā)射極電阻），進(jìn)行兩并聯(lián)后與驅(qū)動(dòng)IC的副邊相應(yīng)管腳連接。

驅(qū)動(dòng)部分設(shè)置：通過調(diào)整驅(qū)動(dòng)IC副邊電源和穩(wěn)壓電路，調(diào)整門級(jí)電壓Vgs=+15V/-3V，然后設(shè)置門極電阻Rgon=15Ω，Rgoff=5Ω，Rgee先近似設(shè)為0Ω（1pΩ），外加單管門極與驅(qū)動(dòng)IC之間的PCB走線電感。

圖1.基于TO247-4Pin的SiC雙管并聯(lián)的雙脈沖電路示意圖

并聯(lián)動(dòng)態(tài)均流仿真

SiC MOSFET并聯(lián)的動(dòng)態(tài)均流與IGBT類似，只是SiC MOSFET開關(guān)速度更快，對(duì)一些并聯(lián)參數(shù)會(huì)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(guān)過程中的動(dòng)態(tài)均流特性及其影響因素：

圖2.下橋SiC雙管并聯(lián)的雙脈沖電路示意圖

器件外部功率源極電感Lex對(duì)并聯(lián)開關(guān)特性的影響

設(shè)置Lex_Q11=5nH，Lex_Q12=10nH，其他參數(shù)及仿真結(jié)果如下：

圖3.不同Lex電感的并聯(lián)均流仿真結(jié)果

器件外部功率漏極電感Lcx對(duì)并聯(lián)開關(guān)特性的影響

設(shè)置Lcx_Q11=5nH，Lcx_Q12=10nH，其他參數(shù)及仿真結(jié)果如下：

圖4.不同Lcx電感的并聯(lián)均流仿真結(jié)果

器件外部門級(jí)電感Lgx對(duì)并聯(lián)開關(guān)特性的影響

設(shè)置門級(jí)電感Lgx_Q11=20nH，Lgx_Q12=40nH，其中Rgon和Rgoff的門級(jí)電感都是Lgx，其他參數(shù)及仿真結(jié)果如下：

圖5.不同Lgx電感的并聯(lián)均流仿真結(jié)果

器件外部源極環(huán)流電感Lgxe和環(huán)流電阻Rgee對(duì)并聯(lián)開關(guān)特性的影響

在Lex電感不對(duì)稱（不均流）的情況下，設(shè)置不同的源極抑制電感和電阻Lgxe=20nH，Rgee=1Ω和3Ω，看看對(duì)驅(qū)動(dòng)環(huán)流的抑制與均流效果，其仿真結(jié)果如下：

圖6.加源極抑制電感和電阻之前（虛線）和加之后（實(shí)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(shí)線）的均流特性變化

總結(jié)

基于以上TO247-4pin的SiC MOSFET兩并聯(lián)的仿真條件與結(jié)果，我們可以得到如下一些初步的結(jié)論：

1、并聯(lián)單管的源極電感Lex差異，SiC MOSFET的開通與關(guān)斷的均流對(duì)此非常敏感。因?yàn)椋礃O電感的差異也會(huì)耦合影響到驅(qū)動(dòng)回路，以進(jìn)一步影響均流。

如下圖8所示，以關(guān)斷為例，由于源極電感Lex不同，造成源極環(huán)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(jí)與源極之間的電壓Vgs_Q11。

圖8.不同源極電感時(shí)，關(guān)斷時(shí)的源極環(huán)流與源極電位差

2、并聯(lián)單管的漏極電感Lcx差異，對(duì)均流影響的影響程度要明顯低與源極電感。因?yàn)槁O電感不會(huì)直接影響由輔助源極和功率源極構(gòu)成的源極環(huán)流回路。

3、門極電感差異對(duì)動(dòng)態(tài)均流的影響不明顯，而且驅(qū)動(dòng)電壓Vgs波形幾乎沒有變化。如果把主回路的總雜散電感減小，同時(shí)把門級(jí)電阻變小，讓SiC工作在更快的di/dt和dv/dt環(huán)境，此時(shí)門級(jí)電感對(duì)均流的影響可能會(huì)稍微明顯一點(diǎn)。

4、輔助源極電阻Rgee，對(duì)抑制源極環(huán)流和改善動(dòng)態(tài)均流的效果也不甚明顯。

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