仿真分析SiC MOSFET單管的并聯(lián)均流特性-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-12-29
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)動回路，并設置相關雜散參數(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)動下橋SiC MOSFET，與上橋的SiC MOSFET Body Diode進行換流。
下橋為Q11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)動回路：基于TO247-4pin的開爾文結(jié)構(gòu)，功率發(fā)射極與信號發(fā)射級可彼此解耦，再加上1EDI40I12AF這顆驅(qū)動芯片已配備OUTP與OUTN管腳，所以每個單管的驅(qū)動部分都有各自的Rgon、Rgoff和Rgee（發(fā)射極電阻），進行兩并聯(lián)后與驅(qū)動IC的副邊相應管腳連接。
驅(qū)動部分設置：通過調(diào)整驅(qū)動IC副邊電源和穩(wěn)壓電路，調(diào)整門級電壓Vgs=+15V/-3V，然后設置門極電阻Rgon=15Ω，Rgoff=5Ω，Rgee先近似設為0Ω（1pΩ），外加單管門極與驅(qū)動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
SiC MOSFET并聯(lián)的動態(tài)均流與IGBT類似，只是SiC MOSFET開關速度更快，對一些并聯(lián)參數(shù)會更為敏感。如圖2所示，我們先分析下橋Q11和Q12在雙脈沖開關過程中的動態(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
設置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
設置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
設置門級電感Lgx_Q11=20nH，Lgx_Q12=40nH，其中Rgon和Rgoff的門級電感都是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
在Lex電感不對稱（不均流）的情況下，設置不同的源極抑制電感和電阻Lgxe=20nH，Rgee=1Ω和3Ω，看看對驅(qū)動環(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實線）的均流特性變化
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的開通與關斷的均流對此非常敏感。因為，源極電感的差異也會耦合影響到驅(qū)動回路，以進一步影響均流。
如下圖8所示，以關斷為例，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門級與源極之間的電壓Vgs_Q11。
圖8.不同源極電感時，關斷時的源極環(huán)流與源極電位差
2、并聯(lián)單管的漏極電感Lcx差異，對均流影響的影響程度要明顯低與源極電感。因為漏極電感不會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、門極電感差異對動態(tài)均流的影響不明顯，而且驅(qū)動電壓Vgs波形幾乎沒有變化。如果把主回路的總雜散電感減小，同時把門級電阻變小，讓SiC工作在更快的di/dt和dv/dt環(huán)境，此時門級電感對均流的影響可能會稍微明顯一點。
4、輔助源極電阻Rgee，對抑制源極環(huán)流和改善動態(tài)均流的效果也不甚明顯。
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