碳化硅 （SiC）是一種越來越重要的半導體材料：用這種材料制造的電子元件越來越普遍和高效。最好的電子仿真程序已經用這些組件豐富了他們的庫，這些組件現在在構建功率器件的過程中是不可替代的。讓我們看看如何通過 LTspice 程序導入和使用SiC MOSFET 庫，以及如何執行任何類型的電子仿真。

使用的 SiC MOSFET

您只需要在搜索引擎上輸入字符串“xxxxxxx SPICE MODEL”（其中 xxxxxxx 是所需組件的型號）即可找到相應的 SPICE 型號。導入過程不是即時的，必須執行一些步驟才能將組件正確導入到程序中。一些 SPICE 模型是付費的，但大多數是免費的。許多器件制造商和用戶還使用數學方程來定義 SiC 器件的行為。如果要使用官方數據表中的數據創建新模型（這是一項極其復雜的工作），則必須輸入最重要的參數：

L（澆口長度）；

W（門寬）；

Vto（零偏置閾值電壓）；

KP（跨導參數）；

Tox（柵極氧化層厚度）；

等等。

但是，我們測試使用的模型是 ROHM 的 N 溝道 SiC 功率 MOSFET SCT3160KL，如圖 1 所示。

圖 1：ROHM 的 SCT3160KL 碳化硅功率 MOSFET

其特點如下：

VDSS：1200 伏；

封裝：TO-247N；

RDS（開）（典型值）：160 毫歐；

編號：17A；

脈沖漏極電流 ID：42 A；

功率：103 瓦；

柵源電壓 （DC）：-4 V 至 +22 V；

低導通電阻；

切換速度快；

快速反向恢復；

易于并聯。

設備符號

提供的說明是通用的，適用于任何類型的組件。第一步是設計電子元件。在網絡上有現成的符號，但設計師能夠繪制形狀是件好事。該程序提供了一個圖形編輯器，您可以使用它來準確地繪制組件的形狀。在這里您可以繪制圓形、線條、矩形、文本和其他圖形元素。圖 2 顯示了 SiC 的符號設計。該文檔必須保存在擴展名為“.asy”的工作簿中。在任何情況下，都可以避免創建新符號，因為程序中已經有一個通用 MOSFET 符號。在這種情況下，需要修改 SPICE 模型，這就是為什么建議設計組件的原因。

圖 2：創建新的 SiC 組件

端口定義

端口的定義和對應關系是一個基本的操作，與之前繪制的符號和相關的SPICE模型相關。如圖3所示，在符號文件中需要創建三個與SPICE模型中的端口同名的連接端口。這些門可以有任何類型的名稱，包括數字和字母數字（例如 1、2 和 3 或 D、G、S）。重要的是名稱匹配。

圖3：圖形符號與SPICE模型的端口對應關系

包含庫

此時，必須將包含文檔庫的文本文件復制到同一工作文件夾中。通常，它的擴展名是“.lib”或“.txt”。在這種情況下，它是“sct3160kl_lt.lib”，其內容如圖 4 所示。此外，必須在接線圖中定義 SPICE 指令以允許包含此庫。該指令如下：

.include sct3160kl_lt.lib

圖 4：SCT3160KL_LT SiC MOSFE 的庫內容

設置組件屬性

在進行實際模擬之前，您必須設置一些組件參數。如圖 5 所示，必須指定以下信息才能正確定義 MOSFET 的參考：

在“前綴”字段中，您必須輸入“X”，它指定子電路的創建；

在“值”字段中，您必須寫出 SPICE 庫中存在的組件的名稱，即 SCT3160KL_LT。

圖 5：為新組件指定的屬性

階段總結

為了促進 SiC MOSFET 的創建和導入過程，您可以按照以下步驟操作：

在網絡上搜索所需組件的 SPICE 庫；

繪制元件符號；

定義門，同時遵循 SPICE 模型；

在接線圖中包括庫；

設置組件屬性；

畫出接線圖。

對于更多 SiC MOSFET 型號，您始終可以使用相同的符號。我們現在準備測試 MOSFET 并運行一些簡單的靜態模擬。

接線圖

在圖 6 中，您可以看到一個簡單的接線圖。這是在電路中執行各種測量的典型配置，并且總是在官方組件數據表中指定。在圖中您可以找到以下元素，正如我們將從模擬中看到的，所有值都完全落在 MOSFET 的“絕對最大額定值”范圍內：

主電源電壓：96 VDC （V1）；

柵極電壓：22 VDC；

負載：6 歐姆功率電阻。

圖 6：測試 SCT3160KL SiC MOSFET 的簡單應用方案

讓我們執行 1 秒瞬態，觀察以下結果：

V （V1）：96 V；

V （D）：2.35 V；

V（G）：22V；

I（R1）：15.6A；

I（V1）：15.6A；

功率 （V1）：1498 瓦；

功率 （R1）：1462 瓦；

P（碳化硅）：36.67 瓦。

該組件在其限制范圍內工作，并且可以從這些測量值中導出另外兩個重要參數：

RDS（ON）：R = V / I，R = V （D） / I （R1），R = 150.53 毫歐；

電路效率：Eff = Pout/Pin*100，P（R1）/P（V1）*100，Eff=97.55%

結論

雖然導入外部組件模型有一個更自動化的過程，但我們建議您遵循手動步驟。第一個，實際上，自動化了與庫連接的所有過程，但創建了一個簡單的矩形符號，沒有任何參考真正的符號。將任何電子元件導入您最喜歡的模擬器是一項非常有用的操作。由于采用了 SPICE 模型，即使是新組件和剛剛在市場上發布的組件也可以通過極其簡單和安全的方式成功測試。

審核編輯：郭婷