Simulazione del comportamento termico e di commutazione del MOSFET SiC in LTspice

Simulazione del comportamento termico e di commutazione del MOSFET SiC in LTspice

Modelli SPICE elettrotermici

I modelli SPICE in esame sono piuttosto comuni per quanto riguarda il comportamento elettrico, e ne si può eseguire facilmente una simulazione, ma Wolfspeed ha incorporato caratteristiche interessanti relative alla temperatura che sono piuttosto rare. Abbiamo terminali di gate, drain e source, ma quali sono i collegamenti Tj e Tc? Si tratta di “terminali” per la temperatura di giunzione e la temperatura del case con alcune importanti funzionalità. La temperatura è monitorata e controllata come se fosse una tensione, in modo tale da poter integrare facilmente l’analisi termica e la sperimentazione nelle nostre simulazioni SPICE basate su tensione e corrente. Sia per Tj che per Tc, 1 V corrisponde a 1 ° C.

Specificare la temperatura del case

Un modo semplice per utilizzare questi pin è collegare Tc a una tensione costante che rappresenta la temperatura ambiente e quindi osservare come il funzionamento del circuito influisce su Tj. Nel circuito ho collegato Tc ad una temperatura ambiente di 25 ° C e ho modificato la resistenza di carico a 2 Ω, che si traduce in una corrente di carico continua di circa 50 A quando il transistor è acceso. Tc rimane costante alla temperatura ambiente scelta. Tj è inizialmente alla stessa temperatura di Tc, ma dopo l’accensione del FET, un’elevata corrente di drenaggio provoca un rapido aumento della temperatura. Il dispositivo raggiunge l’equilibrio termico dopo circa 100 ms, assestandosi su una temperatura di giunzione di 43,6° C. Una cosa importante da capire sulla temperatura di giunzione in questi casi è che il valore presente al terminale Tj non è semplicemente “informativo”. Il comportamento elettrico del modello SPICE cambia in risposta alle condizioni termiche del dispositivo ed  è possibile utilizzare il pin Tc  per stimare la temperatura di giunzione e per esplorare la relazione tra la temperatura ambiente e le variazioni delle prestazioni elettriche.

Specificare la temperatura di giunzione

Applicando una tensione al terminale Tc è possibile osservare come Tj cambia nel tempo. Se invece si vuole caratterizzare il comportamento elettrico del FET ad una determinata temperatura di giunzione, è possibile applicare una tensione al terminale Tj e lasciare scollegato il terminale Tc. L’applicazione di una tensione fissa a Tj è obbligatoria quando si esegue una simulazione CC, poiché il modello deve sapere quale temperatura di giunzione utilizzare per calcolare le correnti e le tensioni.

Simulazione del comportamento di commutazione

La scheda tecnica del C2M0025120D raccomanda tensioni gate-source operative di +20 V e –5 V, quindi ho configurato V2 come un’onda quadra che oscilla tra questi due valori con tempi di salita e di discesa di 10 ns. Come mostrato nel grafico successivo, la corrente di stato on si stabilizza a circa 49,2 A.

La tensione di alimentazione per il carico è 100 V, quindi la resistenza totale del percorso del carico è 100 V / 49,2 A = 2,03 Ω. Abbiamo un carico di 2 Ω, quindi la resistenza allo stato on del FET SiC è di circa 30 mΩ, che è molto vicino al valore del foglio dati di 25 mΩ. Facciamo un rapido esperimento di simulazione prima di finire. Cosa succede se cambiamo la forma d’onda gate-drive in qualcosa di molto più conveniente, ad esempio da 0 a 5 V invece di da –5 a 20 V? La tensione di soglia tipica del C2M0025120D è di soli 2,6 V, quindi il circuito dovrebbe essere funzionante.

Leggi l’articolo originale e completo su All About Circuits

https://www.allaboutcircuits.com/technical-articles/simulating-sic-mosfet-thermal-switching-behavior-ltspice-tutorial/