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赵佳
碳化硅专家里最会写的，不间断传递硬核技术
工程师在拿到一颗SiC MOSFET的数据手册时，往往第一步就是要评估这颗料是否能满足系统的出电流能力，于是首先就会查看额定电流IDDC（continuous DC drain current）这个参数。对比不同厂家器件的时候，也习惯拉一个表，按IDDC 大小来排排座。那么这个参数是如何得来的？它真的能表征器件的实际电流能力吗？今天这篇文章就来详细解释一下这个参数。
01
额定电流的真正表征意义是什么？
首先给大家一个结论，IDDC这个数值，和SiC MOSFET在实际应用中所能输出的电流，可以说大相径庭。顾名思义，continuous DC drain current是指直流条件下，漏极所能传导的连续电流，仅产生导通损耗。而在实际应用中，SiC MOSFET处于高速开关状态，开关损耗也占有相当的比例，因此实际能开关的电流远小于IDDC。
而且规格书标注的IDDC并非实测值，而是一个纯计算值，计算思路是假设器件的壳温恒定，给器件通多大的直流电流，结温会上升到Tvj(max)?
第一步，首先计算此时器件的额定功率
以IMZA120R034M2H为例，代入数据，以TC=25℃为初始壳温，注意这里我们使用了最大结壳热阻Rth(j-c),max：
其实这一步也可以不用计算，因为Ptot数据在datasheet中一般也会列出来：
如果壳温是100℃，Ptot将减小至122W。
第二步，根据额定功率计算电流
功率等于电流乘电压，而电压可以通过电流乘以导通电阻RDS(on)来计算，注意此时结温已达175℃，要取RDS(on)在Tvj(max)下的值。
所以，
如果TC=25℃, 则：
如果TC=100℃,则：
和IMZA120R034M2H数据手册完美匹配：
02
为什么额定电流不能横向比较？
看到这里，有的同学可能会说，虽然额定电流是一个计算值，但各主流SiC厂商应该都遵循一样的计算方法，为什么不能横向比较呢？
首先，虽然额定电流的计算方法简单，但是里面隐藏着一个”坑”，这个坑就是热阻值的选取。有的厂家用的是典型值热阻，而有的厂家则是使用的最大值。
我们选取一个友商的SiC MOSFET数据手册，TC=25℃时ID=66A，比IMZA120R034M2H看似大11A。
虽然它没有标出使用的热阻，但我们通过上述计算方法逆运算，可以算出它使用的热阻约为0.46°C/W，与数据手册中给出的典型热阻相吻合。
我们注意到，英飞凌定义IDDC的时候，使用的是最大热阻值Rth(j-c),max，而最大热阻值Rth(j-c),max和典型值热阻Rth(j-c),typ,差了有30%！
如果IMZA120R034M2H也用典型值热阻来计算，
比数据手册上55A大了约15%，而与上述友商器件的额定值，则非常相近了。
这就是为什么，器件选型与对比时，尽量不要直接对比额定电流IDDC的值作为判断器件性能好坏的依据。这个值甚至于对实际应用，没有太大的指导意义。
03
什么是峰值电流IDM真正制约条件？
说完额定直流电流IDDC，再来说一个大家容易困惑的参数：峰值电流IDM。
有人把它理解为SiC MOSFET生死线，一超就会挂。
也有人把它当成安全线，只要不超最大值，怎么跑都没事。真的是这样吗？
理解这个参数前，我们先来对齐一下，IDM到底限制的是哪个地方的电流？
下图是SiC MOSFET一个典型的开通脉冲。开通瞬间，因为叠加了对管的二极管反向恢复电流，所以有一个电流尖峰。IDM限制的是IA，还是IB?
要回答这个问题，我们要先弄清一个问题，峰值电流，到底限制的是什么？
数据手册定义IDM时，会加一个限制条件，tp limited by Tvj(max)，如下表所示。下表意味着这个管子可以处理最高195A的短时脉冲电流，脉冲宽度需控制在一定范围内，使结温不超过Tvj,max限制。所以本质上，峰值电流限制的是结温。
上图中，出现在器件开通时刻的电流IA，其实是叠加的对管二极管反向恢复电流。因为SiC MOSFET body diode速度很快，反向恢复电流持续时间往往只有几十甚至十几ns，如此短时间无法给MOSFET叠加明显温升，因此一般不受IDM限制范围。当然结温仍是最终判断标准。
如果器件电流只是短暂超出IDM(小于1us，如500ns)，但结温仍然低于 Tvj,max，这时器件仍然是安全的。
但如果器件结温已经在最高结温边缘反复试探，尽管器件电流超出IDM的时长也比较短，但累积的热量仍然使得结温超出Tvj,max, 这种情况依然是不被允许的。
总结
总结一下，SiC MOSFET额定电流IDDC是基于器件热阻、导通压降及结温限制的计算值，和实际开关工况下的工作电流有较大差别。不同厂家在计算额定电流时考虑的裕量不同，英飞凌的规格书是按照最恶劣的情况下计算的数值，不能直接拿来比较。SiC MOSFET 峰值电流IDM受最高结温限制，开通过程中由于叠加二极管反向恢复电流引起的电流尖峰，一般脉宽仅有几十ns，可不受IDM约束。
