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

da | 21 Ott, 20 | Tutorial |

Modelli SPICE elettrotermici

I modelli SPICE in esame sono piuttosto comuni per quanto riguarda il comportamento elettrico, e ne si puĆ² 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 funzionalitĆ . La temperatura ĆØ 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 Ā° C.

Specificare la temperatura del case

Un modo semplice per utilizzare questi pin ĆØ 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 Ā° C e ho modificato la resistenza di carico a 2 Ī©, che si traduce in una corrente di carico continua di circa 50 A quando il transistor ĆØ acceso. Tc rimane costante alla temperatura ambiente scelta. Tj ĆØ 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 43,6Ā° C. Una cosa importante da capire sulla temperatura di giunzione in questi casi ĆØ che il valore presente al terminale Tj non ĆØ semplicemente “informativo”. Il comportamento elettrico del modello SPICE cambia in risposta alle condizioni termiche del dispositivo ed Ā ĆØ possibile utilizzare il pin Tc Ā 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 ĆØ possibile osservare come Tj cambia nel tempo. Se invece si vuole caratterizzare il comportamento elettrico del FET ad una determinata temperatura di giunzione, ĆØ possibile applicare una tensione al terminale Tj e lasciare scollegato il terminale Tc. L’applicazione di una tensione fissa a Tj ĆØ obbligatoria quando si esegue una simulazione CC, poichĆ© 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 ā€“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 ĆØ 100 V, quindi la resistenza totale del percorso del carico ĆØ 100 V / 49,2 A = 2,03 Ī©. Abbiamo un carico di 2 Ī©, quindi la resistenza allo stato on del FET SiC ĆØ di circa 30 mĪ©, che ĆØ molto vicino al valore del foglio dati di 25 mĪ©. Facciamo un rapido esperimento di simulazione prima di finire. Cosa succede se cambiamo la forma d’onda gate-drive in qualcosa di molto piĆ¹ conveniente, ad esempio da 0 a 5 V invece di da ā€“5 a 20 V? La tensione di soglia tipica del C2M0025120D ĆØ 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/

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