电源设计中测量SIC的绝对最大额定值

绝对最大额定值是电子元件中不得超过的操作参数的最大值。它们涉及电压、电流、功率、温度和其他测量单位。如果超过这些值，组件的性能就会很差，甚至更糟的是，它会被破坏和烧毁。我们将分析如何观察这些值以及如何防止它们被超出。

组件的绝对最大额定值

任何电子元件都必须在最大条件下工作，超过该条件将无法正常工作。很多时候，设计人员在评估这些参数时会犯很多错误，并且在没有任何预测的情况下，电子元件会烧坏。在官方的SiC数据表中，通常需要遵守以下组件支持的最大值，不得超过：

漏极——源极电压；

持续漏电流；

脉冲漏极电流；

栅极 - 源极电压；

栅源浪涌电压；

推荐驱动电压；

结温；

存储温度范围。

其他类型的电子元件以其他参数为特征。有些值可能会根据它们的温度发生变化，因此设计人员的注意力，在这种情况下，必须处于最高水平。让我们看一个关于图 1所示功率晶体管 BD243 的实际例子。它的一些不可超过的最大值如下：

集电极 - 发射极电压：80 VDC；

集电极电流（连续）：6 A；

设备总功耗：65 W。

如果不超过的值被单独检查和考虑，威廉希尔官方网站 的最终情况将是灾难性的。事实上，设计人员可以只考虑电压和电流参数。他可以设计一个集电极-发射极电压为 50 V（完全在限制范围内）和 4 A 集电极电流（也在限制范围内）的稳压器。设计人员可能对计算结果感到满意，但更仔细的检查表明该设备消耗的功率等于：

P = V * I

P = 50 * 4 = 200 瓦

尽管电压和电流完全落在最大允许值内，但晶体管会立即燃烧，消耗 200 W 功率。事实上，该组件只能承受 65 W。因此，有必要检查所有关键参数，以免在设备的最终测试期间遇到令人讨厌的意外。

图 1：BD243 功率晶体管

用于测试的 SiC Mosfet

用于测量和测试的模型是 ROHM SiC N 沟道功率 MOSFET SCT3160KL，如图2所示。它的特点是：

VDSS：1200 伏；

封装：TO-247N；

RDS（开）（典型值）：160 毫欧；

编号：17A；

脉冲漏极电流 ID：42 A；

功率：103 瓦；

栅极 – 源极电压 （DC）：-4 V 至 +22 V；

低导通电阻；

切换速度快；

快速反向恢复；

易于并行。

图 2：ROHM 的 SCT3160KL 碳化硅功率 MOSFET

最大功率

如果我们让 SiC 在允许的最大电压和最大电流下工作，Mosfet 就会烧坏。最大 VDSS 电压为 1200V，最大 ID 电流为 17A，理论功耗约为 20400W，这是一个非常大的值 （P = V * I）。显然，无论是出于结构还是冷却的原因，这个限制永远无法达到，制造商设定的最大功率限制仅为 103 W。这个参数与理论上可达到的参数相去甚远。在下一个仿真中，使用图 3的简单电气图执行，我们将绘制组件的电压、电流和电流功率曲线，以及最大耗散功率曲线。

图 3：功率测量应用图

该模拟涉及通过电源电压 V1 的“扫描”操作测试 SiC 支持的最大功率。特别是威廉希尔官方网站 的特点如下：

电源电压 V1 从 0 V 到 2500 V 连续递增；

栅极电压：22V；

5 欧姆 R1 负载。

SPICE 指令以等于 1 V 的步长实现电源电压从 0 V 到 2500 V 的“扫描”，如下所示：

.dc V1 0 2500 1

很明显，随着电源电压V1的逐渐增加，Drain电压、Drain电流和SiC耗散的功率以及负载R1的耗散功率也随之增加。由于组件行为的非线性，这些增加不遵循成比例的趋势。让我们首先检查图 4 中电源电压（浅色图）和 Vds 电压（深色图）的趋势。对于这种类型的阻性负载，Vds 电压的值随着电源 V1 的增加不成比例地增加。请记住，单独考虑电压参数来评估组件的物理和电气限制是错误的。

图 4：图表仅显示电源电压 V1 和电压 Vds

现在让我们检查 Drain 电流的趋势（在图 5 中），它与通过负载 R1 的电流相同。尽管 Vds 电压低于图中大部分的限值，但漏极电流几乎立即达到其最大限值。这意味着，在威廉希尔官方网站 的工作条件下，只有电压Vds低于88V才能使用Mosfet。另外在这种情况下我们提醒您，只考虑电流参数来评估是错误的物理限制和电气元件。

图 5：图表仅显示在 Mosfet Drain 上流动的电流

图 6 中显示的最终图更难理解，但它提供了真实情况和组件的正确管理。让我们看看如何阅读它。该图由以下曲线组成，根据接线图使用 5 欧姆漏极负载测量：

红色曲线：（V （DS） * Ix （X1： 1） + V （N001） * Ix （X1： 2）：它是跟随 SiC Mosfet 耗散功率的曲线图；

紫色曲线：这是所用 SiC Mosfet 耗散功率等于 103 W 所施加的限制，此处显示为参考点；

浅绿色曲线：这是威廉希尔官方网站 电源电压，从 0 V 增加到 770 V（在此特定图表中）；

深绿色曲线：这是 Mosfet 漏极上的电压，如您所见，增加不是线性的；

青色曲线：表示漏极电流。

根据此特定 SiC 制造商施加的所有最大限制，只能使用图中以棕色突出显示的区域。此可用区域显然仅指使用的此类负载和此电源电压。对于其他阻抗值，该区域将有不同的扩展。

图 6：总图有助于控制元件的电压、电流和功耗，并提供有用的空间使其在正确的区域工作

结论

不幸的是，SPICE 语言尚未提供描述组件“绝对最大额定值”的参数。但是，使用特殊公式和计算在模拟中突出显示它们非常简单，从各个组件的官方数据表上的数据开始。运行模拟，通过 SPICE“.TEMP”指令修改环境温度也很有趣。

审核编辑：郭婷