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(dǎo)體材料，未來必將在大功率應(yīng)用中取代硅。為了更好地管理 SiC 器件，有必要創(chuàng)建一個足夠的驅(qū)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(fù)電壓（地）并且開關(guān)驅(qū)動器必須非常快，否則，工作溫度、開關(guān)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(jìn)行試驗(yàn)。電路的模擬非常重要，因?yàn)樗试S在所有條件下進(jìn)行完整的分析，同時在您的計(jì)算機(jī)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(qū)動器

本文的仿真重點(diǎn)是驅(qū)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(xiàn)故障，從而導(dǎo)致發(fā)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(diǎn)：

• Rds（開）：0.080 歐姆；
• 最大電壓 DS：650 V；
• GS 電壓：-25 V 至 +25 V；
• 持續(xù)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(yōu)秀的反向恢復(fù)；
• 低“門”電荷；
• 容量低；
• ESD保護(hù)；
• 非常低的開關(guān)損耗。

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

“門”電壓測試

根據(jù)型號規(guī)格，該測試涉及器件的靜態(tài)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(fù)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(yù)見可變和增加的電源電壓。結(jié)果非常有趣，清楚地表明設(shè)備“門”的電源電壓不正確會產(chǎn)生災(zāi)難性的結(jié)果。讓我們觀察圖 2 中產(chǎn)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(fù)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(cè)“放大”。

當(dāng)“柵極”電壓低于約 5.8 V 時，MOSFET 被禁用且不傳導(dǎo)任何電流。另一方面，如果該電壓大于 6.8 V，則器件關(guān)閉并傳導(dǎo)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(dǎo)致耗散增加（例如大約 40 W），這是一個完全正常的值。當(dāng)“柵極”電壓介于 5.8 V 和 6.8 V 之間時，會出現(xiàn)臨界工作點(diǎn)。在這種情況下，電路處于線性狀態(tài)，從功率圖中可以看出，MOSFET 的耗散非常高，達(dá)到140 W。當(dāng)“門”電壓曲線與負(fù)載電流曲線（P = V * I）相交時，必須避免該工作點(diǎn)。出色的驅(qū)動器必須確保清晰的關(guān)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(fā)生顯著變化

在器件導(dǎo)通的情況下，從負(fù)載流過“漏極”的電流非常高，約為 22 A，可通過以下公式計(jì)算：

Rds(ON) 的值也很容易計(jì)算，使用以下等式：

根據(jù)所用 SiC MOSFET 的規(guī)格，從中獲得約 85.8 毫歐的值。

結(jié)論

在本文中，我們執(zhí)行了一個重要的靜態(tài)行為基礎(chǔ)模擬，展示了優(yōu)秀驅(qū)動器的存在對于驅(qū)動和管理 SiC 器件的重要性。驅(qū)動程序必須具有以下功能：

• 必須在ON和OFF狀態(tài)提供清晰準(zhǔn)確的電壓，絕對避免在線性區(qū)運(yùn)行；
• 它的驅(qū)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(qū)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(yōu)勢。

審核編輯：湯梓紅