/ 摘要 /

并聯SiC MOSFET面臨著許多技術挑戰,包括電流不平衡、不同的熱性能、過電壓等。本文介紹了不同參數對并聯SiC MOSFET分流影響的理論分析和數學計算。提出了基于SPICE模型的Simetrix仿真,以研究不同參數對分流的影響。最后提出了驅動電路設計建議和柵極電阻設計方法。

導言

隨著市場和應用的發展,高額定功率和高功率密度成為越來越重要的趨勢。目前，碳化硅(SiC)MOSFET因其低Rdson、低開關損耗、高導熱性、高開關頻率等特性，在不同應用中具有諸多優勢。先進的半導體制造商，如英飛凌可以提供廣泛的SiC MOSFET模塊組合,以滿足高功率需求，擴大SiC MOSFET的應用范圍。同時，并聯式SiC MOSFET也因其靈活性而得到廣泛應用。SiC MOSFET的導通電阻具有正溫度系數,因此很容易并聯工作。

雖然存在正溫度系數，但當SiC MOSFET并聯時，電流不平衡仍是主要挑戰。不平衡分為兩種：穩態電流不平衡和動態電流不平衡。為了實現高可靠性，通常需要對MOSFET進行輸出能力的降額，這將導致額外的成本。本文對不同參數對并聯SiC MOSFET電流分擔的影響進行了理論分析和數學計算。并且根據仿真結果，提出了驅動電路設計建議和柵極電阻設計方法，以改善SiC MOSFET的并聯性能。

理論分析和計算

SiC MOSFET的器件參數和功率電路參數都會對SiC MOSFET并聯的分流性能產生影響。本節從理論上分析了不同參數對分流的影響。從計算過程中可以做出定性分析。表1根據重要性列出了對并聯SiC MOSFET分流有影響的參數。

表1.電流共享的有效參數

穩態電流均流

由于功率半導體生產過程的復雜性,很難保證不同芯片的每個過程都完全相同。環境條件變化、時間變化或空間變化是工藝控制的主要波動。工藝參數的差異會直接導致芯片電氣參數出現一定的離散性。

SiC MOSFET導通電阻Rdson是影響穩態電流均流的直接因素。不過，Rdson的正溫度系數可以在一定程度上改善初始穩態電流差。

動態電流均流

動態分流受器件參數和電路參數的影響。閾值電壓Vgs-th、內部柵極電阻Rg-in、電容Ciss、Crss和Coss以及跨導gfs都會對電流分擔產生影響。雜散電感,包括功率回路雜散電感Lsp和驅動器回路雜散電感Lsd,都對電流均流有影響。

直接影響動態電流均流。PCB布局、器件安裝、甚至空間位置都會導致電源環路和驅動器環路的雜散電感不同。瞬態過程中的雜散參數提取方法和雜散參數分析對于并聯應用非常重要。

a.4引腳雜散參數

b.3引腳雜散參數

圖1.電路中的漏極雜散電感Ld、源極雜散電感Ls和驅動雜散電感Lsd參數計算將在論文全文中展示。