英飛凌最近推出了系列650V混合SiC單管（TO247-3pin和TO-247-4pin）,。用最新的650V/SiC/G6/SBD續(xù)流二極管,，取代了傳統(tǒng)Si的Rapid1快速續(xù)流二極管，配合650V/TS5的IGBT芯片（S5/H5）,，進一步優(yōu)化了系統(tǒng)效率,、性能與成本之間的微妙平衡。
IGBT混搭SiC SBD續(xù)流二極管,，在硬換流的場合,，至少有兩個主要優(yōu)勢：
·沒有Si二極管的反向恢復(fù)損耗Erec
·降低30%以上IGBT的開通損耗Eon
因此，在中小功率光伏與UPS等領(lǐng)域,，IGBT混搭SiC SBD續(xù)流二極管具有較高性價比,。
此次,，我們將利用英飛凌強大且豐富的器件SPICE模型，同樣在Simetirx的仿真環(huán)境里,，測試不同類型的續(xù)流二極管,，對IGBT開通特性及Eon的影響。
特別提醒
仿真無法替代實驗,，僅供參考,。
選取仿真研究對象
IGBT：650V/50A/S5、TO247-4pin（免去發(fā)射極電感對開通的影響）
FWD：650V/30A/50A Rapid1二極管和650V/20A/40A SiC/G6/SBD二極管
Driver IC：1EDI20I12AF驅(qū)動芯片,，隔離單通道,，適合快速IGBT和SiC驅(qū)動
搭建仿真電路
如下圖1所示，搭建了雙脈沖仿真電路,，溫度設(shè)為常溫,。
驅(qū)動回路
驅(qū)動芯片（1EDI20I12AF），對下管Q1（IKZ50N65ES5）門級的開關(guān)控制,，與上管D1續(xù)流二極管進行換流。參照Datasheet的條件,，驅(qū)動IC原邊5V供電及5V的控制信號,，驅(qū)動IC輸出的驅(qū)動電壓15V/0V給到Q1的門級，驅(qū)動電阻Rgon和Rgoff都設(shè)置為23.1Ω,，再假設(shè)20nH左右的門級PCB走線電感,。
主回路部分
設(shè)置母線電壓400V，在器件外的上管,、下管和母線附近各設(shè)置10nH,，總共30nH（參照規(guī)格書中的雙脈沖測試條件，Lσ=30nH）,。根據(jù)仿真中的驅(qū)動脈沖寬度與開關(guān)電流要求,，設(shè)置雙脈沖的電感參數(shù)。
圖1：雙脈沖仿真電路圖
仿真結(jié)果分析
根據(jù)上述電路,，通過選取不同的續(xù)流二極管D1的型號進行仿真,，對比觀察Q1的IGBT在開通過程的變化。如圖2和圖3所示,，在IGBT的開通過程中,，當(dāng)續(xù)流管D1的型號從650V/50A/Rapid1切換到650V/40A/SiC/G6/SBD后，開通電流Ic的電流尖峰（由D1的反向恢復(fù)電荷Qrr形成）,，從虛線（50A/Rapid1）的巨大包絡(luò),，顯著變?yōu)閷嵕€（40A/SBD）的小電流過沖；同時電壓Vce在第二段的下降速度也明顯加快,，使得電流Ic與電壓Vce的交疊區(qū)域變小,。因此,，體現(xiàn)在開通損耗Eon上，前者虛線（50A/Rapid1）為Eon=430uJ,，降為實線（40A/SBD）的Eon=250uJ,，占比為58%，即Eon降幅約40%,。
為了進一步驗證二極管D1的影響,，分別用兩種不同電流進行橫向?qū)Ρ取Ｓ缮鲜鰣D4的仿真結(jié)果可見：同為650V/SiC/G6/SBD二極管的Qrr本身很小,，不同電流規(guī)格（40A和20A）,，其Ic電流尖峰和開通損耗Eon都很接近。相對而言,，50A和30A的650V/Rapid1的二極管,，才能體現(xiàn)出一定的差異。
以上仿真是在門級電阻Rgon=23.1Ω,、驅(qū)動電壓Vge=15V/0V和外部電感Lσ=30nH的條件下進行的,，如果采用不同門級電阻Rgon=18Ω或35Ω、Vge=15V/-8V和不同外部電感（如Lσ=15nH）時,，從Rapid1/50A到SiC/G6/SBD/40A,，IGBT開通損耗Eon的變化趨勢又將如何呢？
由上述幾組仿真結(jié)果來看,，在一定門級電阻Rgon范圍,，一定外部電感條件Lσ，以及不同門級電壓Vge時,，均可以看到650V/40A/SiC/SBD二極管,，給IGBT開通帶來約50%左右的Eon損耗降低。
文章最后,，我們再討論一個問題：選擇Vge=15V/0V與Vge=15V/-8V,，對650V/50A/S5的TO247-4pin的單管的開關(guān)損耗Eon/Eoff有影響嗎？
在圖8和圖9中,，虛線表示Vge=15V/0V,，而實線表示Vge=15V/-8V；粗略來看,，對Eon的影響可以忽略,，而對Vge的負(fù)壓，可以減少Eoff差不多有50%（以Vce尖峰作為代價）,。仿真雖然無法定量,，至少可以定性地提醒大家，在設(shè)計與實測的時候,，不要隨意忽視Vge對開關(guān)特性的影響,，尤其是快速型的IGBT,。
期望上述的仿真分析，對大家深入理解650V混合SiC的開關(guān)特性有所幫助,。