SiC MOSFET SPICE模子的对照图文分享-KIA MOS管

一些SiC MOSFET制作厂商供给SiC器件的SPICE模子，从而能够或许评价SiC器件在电力电子变更电路中的表现。

本文针对商用分立SiC MOSFET的两种SPICE模子做了对照。一种是普遍操纵的制作商供给SPICE模子，这类模子在制作商的官网能够或许收费下载。别的一种是基于Simplorer模子新开发的SPICE模子。后一种模子能够或许胜利描写SiC MOSFET寄生电容与极间电压的非线性干系。

两种模子的切确性经由过程仿真与实测的开关波形来考证，重点对照了dvDS/dt, diD/dt和高频下对散热器的泄电流。

SiC MOSFET SPICE模子对照

图1为一种SiC MOSFET器件SPICE模子的电路道理图，包罗三个电极（栅极、漏极和源极）、一个SiC MOSFET内核（用以描写其输出特征）、寄生电容（CDG、CDS、CGS）、外部栅极电阻RGint、寄生杂散电感（LG、LS、LD）。

图1：一种SPICE模子的电路道理图

表Ⅰ为SPICE模子的构成元件对照。

为了完成切确的SPICE模子，外部栅极电阻是不可或缺的，虽然其绝对外部栅极电阻阻值较小，可是外部栅极电阻下面的压降弥补能够或许使栅源极电压加倍切确，进而影响SiC MOSFET的输出特征。

制作商的SPICE模子设定外部栅极电阻为4.6Ω，这是一个典范值并被标注在规格书中。而新的模子基于LCR丈量法设定为3.6Ω。这些外部栅极电阻的阻值在SPICE库文件（.lib）外面是须要被界说的。

不管对分立器件仍是模块，封装的杂散电感取值一向是器件建模的争议点。制作商的SPICE模子中，栅极杂散电感为15nH，漏极杂散电感为6nH，源极杂散电感为9nH，可是这些杂散电感感值的取值体例并未透漏。

新SPICE模子设置漏极电感为2.5nH，源极电感为4.5nH，并且设置他们之间的耦合系数k为0.46。这些参数是经由过程文献所述的尝试体例取得的。

新SPICE模子的杂散电感比制作商的SPICE模子的一半还小，并且是经由过程尝试数据获得的。这些杂散电感的感值在SPICE库文件（.lib）外面也是须要被界说的。

表Ⅰ：两种SPICE模子的具体对照

输出特征是MOSFET内核模子的根基特征。

制作商的模子接纳改良的EKV模子，此模子的公式如附录1所示。新模子在线性区接纳物理模子，对饱和区接纳行动类似。输出特征模子接纳了电压节制电流源。

尽人皆知，寄生电容是决议器件开关特征的最重要元件。

如表Ⅰ所示，制作商的模子中，CDG长短线性的，且仅与VDG电压相干，接纳具备双曲转移函数的电压节制电流源（转移电导G）来类似摹拟CDG随VDG电压降低而逐步降落的特征。

CDS与VDS电压相干。接纳体二极管子电路模子的结电容来表现CDS。别的，体二极管另有一个与diD/dVDS成比例的分散电容。对CGS，设定为恒定值950pF。

但是，新SPICE模子，CDG与VGS、VDS电压相干，CDS也与VGS、VDS电压相干。VGS依靠性表现MOSFET处于通态状况时的电容值。操纵电压节制电流源对VDS的指数类似和对VGS的双曲类似来表现CDG。

一样，操纵电压节制电流源对VDS和VGS的sigmoid函数类似来表现CDS。对CGS，新模子接纳依靠于VGS的模子。从表Ⅰ能够或许看出，与制作商模子比拟，新模子的寄生电容模子较为庞杂。

开关波形对照

经由过程带电感负载的双脉冲开关实验来考证以上模子。如图2所示的开关测试实验装配，包罗下桥臂SiC MOSFET（待测器件），作为续流二极管用的上桥臂SiC MOSFET，与之串连的直流撑持电容，与上桥臂SiC MOSFET并联的空心电感，和商用化的栅极驱动电路（GDU40-2）。

图2：带电感负载的双脉冲开关实验装配

图3为两种模子在漏极电流为20A时VDS、iD和高频泄电流的瞬态仿真波形与实测成果对照。从图中能够或许看出，新模子的仿真波形与实测波形符合较好，而制作商模子的仿真波成果比实测成果具备更快的呼应速率。这类改良首要归功于非线性电容模子在新SPICE模子中的胜利操纵。

表Ⅱ总结了dvDS /dt、diD/dt在守旧和关断米勒平台时的两种模子对照。

高频泄电流的对照间接反应了两种模子的dvDS /dt。

图3：漏极电流为20A时的仿真与实测开关波形对照

表Ⅱ：dvDS/dt和diD/dt对照

本文对分立SiCMOSFET器件的两种SPICE模子做了对照研讨。成果显现，新模子绝对制作商模子在开关波形、dvDS /dt、diD/dt和对散热器高频泄电流方面的切确度有明显的进步。新模子的优良机能标明最新SPICE建模手艺另有很大成长空间。

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