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SiC MOSFET单管在并联条件下的均流特性分析

英飞凌工业半导体 2021-03-11 09:22 次阅读

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。这篇微信文章将延续“仿真看世界”系列一贯之风格,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。

仿真只是工具,仿真无法替代实验,仿真只供参考,切勿痴迷迷信。以上寒暄既毕,我们直奔主题:

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(TO-247-3pin由于源极回路相对复杂,且看下期“仿真看世界”详细分解):

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。

图8.不同源极电感时,关断时的源极环流与源极电位差

2、并联单管的漏极电感Lcx差异,对均流影响的影响程度要明显低与源极电感。因为漏极电感不会直接影响由辅助源极和功率源极构成的源极环流回路。

3、门极电感差异对动态均流的影响不明显,而且驱动电压Vgs波形几乎没有变化。如果把主回路的总杂散电感减小,同时把门级电阻变小,让SiC工作在更快的di/dt和dv/dt环境,此时门级电感对均流的影响可能会稍微明显一点。

4、辅助源极电阻Rgee,对抑制源极环流和改善动态均流的效果也不甚明显。

行文将尽,去意阑珊;想必大家心中难免困惑:既然Rgee对抑制源极环流效果一般,那如果给门极增加一点Cge电容呢?为此,又补充了一组仿真,以飨读者:

图9 增加1nF门级Cge电容对源极不均流特性的影响(虚线为无Cge,实线为有Cge)

由上述仿真可以看出,Cge电容对于关断几乎没有影响,而Cge之于开通只是以更慢的开通速度,增加了Eon,同时减轻了开通电流振荡,但是对于开通的均流差异和损耗差异,影响也不大。

原文标题:仿真看世界之SiC MOSFET单管的并联均流特性

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原文标题:仿真看世界之SiC MOSFET单管的并联均流特性

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NCP3231 高电流同步降压转换器

1是一款高电流,高效率电压模式同步降压转换器,工作电压为4.5 V至18 V,输出电压低至0.6 V,最高25 A DC负载或30 A瞬时负载。 特性 优势 宽输入电压范围4.5V至18V 支持广泛的应用 500KHz开关频率 需要小电感和少量输出电容 无损耗低 - 侧FET电流检测 提高效率 0.6V内部参考电压 外部可编程软启动 输出过压保护和欠压保护 使用热敏电阻或传感器进行系统过热保护 所有故障的打嗝模式操作 预偏置启动 可调节输出电压 电力良好输出 内部过热保护 应用 终端产品 采用6x6 QFN封装的25A稳压器 ASIC,FPGA,DSP和CPU内核及I / O电源 移动电话基站 电信和网络设备 服务器和存储系统 电路图、引脚图和封装图...
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NCP1592 同步降压稳压器 PWM 6.0 A 集成FET

2是一款低输入电压,6 A同步降压转换器,集成了30mΩ高侧和低侧MOSFET。 NCP1592专为空间敏感和高效应用而设计。主要特性包括:高性能电压误差放大器,欠压锁定电路,防止启动直到输入电压达到3 V,内部或外部可编程软启动电路,以限制浪涌电流,以及电源良好的输出监控信号。 NCP1592采用耐热增强型28引脚TSSOP封装。 特性 30mΩ,12 A峰值MOSFET开关,可在6 A连续输出源或接收器处实现高效率电流 可调节输出电压低至0.891 V,准确度为1.0% 宽PWM频率:固定350 kHz,550 kHz或可调280 kHz至700 kHz 应用 终端产品 低压,高密度分布式电源系统 FPGA 微处理器 ASICs 便携式计算机/笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 160次 阅读

NCP3230 DC / DC转换器 4.5 V至18 V 30 A.

C转换器采用耐热增强型6mm x 6mm QFN封装,可提供高达30 A的电流。 特性 优势 效率高 降低功耗并减少散热问题 4.5 V至18 V输入范围 允许使用5 V或12 V母线进行操作 综合mosfets 简化设计并提高可靠性 可调节软启动时序,输出电压 设计灵活性 过压,欠压和过流保护 安全启动到预偏置输出 应用 终端产品 高电流POL应用 为asics,fpga和DSP供电 基站 服务器和存储 网络 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 180次 阅读

NCP3235 4.5 V至21 V 集成MOSFET的DC / DC转换器

5是一款带内部MOSFET的15 A DC / DC转换器,设计灵活。该器件可提供低至0.6V至输入电压80%以上的可调输出电压。功能包括可调电流限制,输出电压和软启动时序。引脚可选功能可实现550 kHz或1 MHz的开关频率,选择DCM / CCM工作模式,以及在过流期间锁定或打嗝模式的能力。该器件可配置为在超声模式下工作,以避开音频带。该器件采用耐热增强型6mm x 6mm TQFN封装。 特性 优势 准确0.6 V参考 可调输出以设置所需电压低至0.6 V DCM / CCM可选择选项 在不连续模式下操作以在轻负载下提高效率 550kHz / 1.1MHz开关频率 选择更高效率或更小输出滤波器的设计灵活性 超声波模式 保持电容器不发出声音 热增强型QFN封装 3个裸露焊盘散布更高 4.5 V至21 V的宽工作范围 允许跨多个应用程序使用 可调软启动 允许在通电期间平稳上升 应用 终端产品 计算/服务器 数据通信/网络 FGPA,ASIC,DSP电源 12 V负载点 桌面 服务器 网络 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 03:02 220次 阅读

LV52117QA 用于LCD面板的双输出DC-DC转换器

7是一款高电流双输出DC-DC转换器,可产生正电压和负电压。 LV52117特别适用于LCD显示器等电源应用。 特性 集成1.5MHz同步升压和逆变器转换器 2.75V至4.6V输入电压范围 4.6V至5.8V可调正输出(VDCO1) -5.8V至-4.6V可调负输出(VDCO2) 输出电流高达100mA 脉冲跳跃模式低负载条件 过流/短路保护 终端产品 液晶面板 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-30 00:02 310次 阅读

LP2951_XFCS LDO稳压器 100 mA 带有错误标志输出

_XFCS 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 23:02 123次 阅读

KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

XC是一款适用于各种电子设备的低压差稳压器。它提供带有TO-220-4引线全模封装的恒压电源。在满额定电流(1A)下,KA78RXXC的压差低于0.5V。该稳压器具有各种功能,如峰值电流保护,热关断,过压保护和输出禁用功能。 特性 1A / 3.3V,5V,8V,9V ,12V,15V输出低压差稳压器 TO-220全模封装(4pin) 过流保护,热关机 过压保护,短路保护 带输出禁用功能 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 323次 阅读

NCV8537 LDO稳压器 500 mA 低压差

7是一款高性能低压差线性稳压器。该器件基于流行的NCV8535,保留了其前代产品的所有最佳功能,包括高精度,出色的稳定性,低噪声性能和反向偏置保护,但现在包含一个电源良好输出信号,可以监控电源系统。 NCV8537完全符合AECQ100和PPAP标准。该器件的工作温度范围为-40℃至125℃,可提供固定或可调输出,采用10引脚3x3 mm DFN封装。 特性 优势 线路和负载高精度输出差异 多种应用的多功能解决方案 工作温度范围:-40C至125C 适用于汽车应用 低噪声(33 Vrms w / 10 nF Cnr和52 Vrms w / out Cnr) 非常受音频和娱乐系统欢迎 电源良好输出可用 自我监控调节器在哪里指定限制。 M最大电压输入16V,输入工作电压范围2.9 V至12 V. 性能稳定 符合AECQ100和PPAP 适用于汽车应用 应用 终端产品 网络系统,DSL /电缆调制解调器 汽车应用音频系统 导航系统 PCMCIA卡 手机 Camcoders and Cameras Cable SetTop Box MP3 / CD播放器 远程信息处理 导航系统 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 157次 阅读

NCV8518C LDO稳压器 200 mA 看门狗唤醒 复位和使能

8C器件是一款精密微功率稳压器。它具有5.0 V的固定输出电压,可在±2%范围内调节。它适用于所有汽车环境,并包含控制微处理器所需的所有功能。该器件具有低压差和低静态电流。它包括看门狗定时器,可调复位,唤醒和使能功能。该器件还包括安全功能,如热关断和短路保护。它能够处理高达45 V的瞬变。 特性 输出电压选项:5.0 V 输出电压精度:±2% 输出电流高达250 mA 低压差 70μA的低静态电流 低睡眠模式电流小于1.0μA 微功率兼容控制功能: - ENABLE - 看门狗 - 重置 - 唤醒 保护功能: - 热关断 - 电流限制 AEC-Q100 1级合格且PPAP能力 应用 终端产品 车身和底盘 仪器和集群 发动机控制单元 汽车 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 23:02 126次 阅读
NCV8518C LDO稳压器 200 mA 看门狗唤醒 复位和使能

NCV8535 LDO稳压器 500 mA 低Iq 超高精度 带使能

5低静态电流低压降(LDO)线性稳压器是一款高性能LDO稳压器。它具有+/- 0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于任何类型的小至1.0 uF的电容器都是稳定的。 NCV8535还配备了感应和降噪引脚,以提高设备的整体实用性。 NCV8535提供反向偏压保护。 特性 线路和负载的高精度(25℃时+/- 0.9%) 满载时的超低压降(典型值260 mV) 稳定性无最小输出电流 低噪声(31 uVrms) w / 10 nF Cnr和51 uVrms w / out Cnr) 低关断电流(0.07 uA) 反向偏向保护 2.6 V至12 V电源范围 热关断保护 目前的限制 仅需1.0 uF输出电容以确保稳定性 使用任何类型的电容器(包括MLCC)均可稳定 提供1.5 V,1.8 V,1.9V,2.5 V,2.8 V,2.85 V,3.0 V,3.3 V,3.5V,5.0 V和可调输出电压 应用 终端产品 汽车音响和信息娱乐 汽车配件 汽车仪表盘 汽车相机显示器 汽车仪表板电子产品 汽车 工业 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 189次 阅读

MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

0 / MC78M00A正线性稳压器与流行的MC7800系列器件完全相同,只是它的输出电流仅为输出电流的一半。与MC7800器件一样,MC78M00三端稳压器用于本地卡上电压调节。 内部通道晶体管的内部限流,热关断电路和安全区域补偿相结合,使这些线性稳压器在大多数工作条件下都非常坚固。具有足够散热的最大输出电流为500 mA。 规格:
发表于 07-29 21:02 668次 阅读
MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

LV5749NV 降压稳压器 开关 1通道

NV是单通道降压型开关稳压器。 特性 与负载无关的软启动电路 ON / OFF功能 集成脉冲脉冲过流保护 电流模式控制 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 19:02 226次 阅读

NCP5269 具有2位VID的系统代理控制器

9 电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 17:02 396次 阅读

NCP1581 用于跟踪应用的同步降压控制器 高频PWM

1同步降压控制器IC旨在为14引脚SOIC中的板载DC-DC应用提供简单的同步降压稳压器。 NCP1581专为跟踪应用而设计,提供轨道输入。 NCP1581采用固定内部400 kHz开关频率工作,允许使用小型外部元件。该器件具有由外部电容设置的可编程软启动,欠压锁定和输出欠压检测,可在检测到输出短路时锁定器件。电路图、引脚图和封装图
发表于 07-29 16:02 318次 阅读