如何将SiC库导入LTspice并对其进行仿真

碳化硅 （SiC）是一种越来越重要的半导体材料：用这种材料制造的电子元件越来越普遍和高效。最好的电子仿真程序已经用这些组件丰富了他们的库，这些组件现在在构建功率器件的过程中是不可替代的。让我们看看如何通过 LTspice 程序导入和使用SiC MOSFET 库，以及如何执行任何类型的电子仿真。

使用的 SiC MOSFET

您只需要在搜索引擎上输入字符串“xxxxxxx SPICE MODEL”（其中 xxxxxxx 是所需组件的型号）即可找到相应的 SPICE 型号。导入过程不是即时的，必须执行一些步骤才能将组件正确导入到程序中。一些 SPICE 模型是付费的，但大多数是免费的。许多器件制造商和用户还使用数学方程来定义 SiC 器件的行为。如果要使用官方数据表中的数据创建新模型（这是一项极其复杂的工作），则必须输入最重要的参数：

L（浇口长度）；

W（门宽）；

Vto（零偏置阈值电压）；

KP（跨导参数）；

Tox（栅极氧化层厚度）；

等等。

但是，我们测试使用的模型是 ROHM 的 N 沟道 SiC 功率 MOSFET SCT3160KL，如图 1 所示。

图 1：ROHM 的 SCT3160KL 碳化硅功率 MOSFET

其特点如下：

VDSS：1200 伏；

封装：TO-247N；

RDS（开）（典型值）：160 毫欧；

编号：17A；

脉冲漏极电流 ID：42 A；

功率：103 瓦；

栅源电压 （DC）：-4 V 至 +22 V；

低导通电阻；

切换速度快；

快速反向恢复；

易于并联。

设备符号

提供的说明是通用的，适用于任何类型的组件。第一步是设计电子元件。在网络上有现成的符号，但设计师能够绘制形状是件好事。该程序提供了一个图形编辑器，您可以使用它来准确地绘制组件的形状。在这里您可以绘制圆形、线条、矩形、文本和其他图形元素。图 2 显示了 SiC 的符号设计。该文档必须保存在扩展名为“.asy”的工作簿中。在任何情况下，都可以避免创建新符号，因为程序中已经有一个通用 MOSFET 符号。在这种情况下，需要修改 SPICE 模型，这就是为什么建议设计组件的原因。

图 2：创建新的 SiC 组件

端口定义

端口的定义和对应关系是一个基本的操作，与之前绘制的符号和相关的SPICE模型相关。如图3所示，在符号文件中需要创建三个与SPICE模型中的端口同名的连接端口。这些门可以有任何类型的名称，包括数字和字母数字（例如 1、2 和 3 或 D、G、S）。重要的是名称匹配。

图3：图形符号与SPICE模型的端口对应关系

包含库

此时，必须将包含文档库的文本文件复制到同一工作文件夹中。通常，它的扩展名是“.lib”或“.txt”。在这种情况下，它是“sct3160kl_lt.lib”，其内容如图 4 所示。此外，必须在接线图中定义 SPICE 指令以允许包含此库。该指令如下：

.include sct3160kl_lt.lib

图 4：SCT3160KL_LT SiC MOSFE 的库内容

设置组件属性

在进行实际模拟之前，您必须设置一些组件参数。如图 5 所示，必须指定以下信息才能正确定义 MOSFET 的参考：

在“前缀”字段中，您必须输入“X”，它指定子电路的创建；

在“值”字段中，您必须写出 SPICE 库中存在的组件的名称，即 SCT3160KL_LT。

图 5：为新组件指定的属性

阶段总结

为了促进 SiC MOSFET 的创建和导入过程，您可以按照以下步骤操作：

在网络上搜索所需组件的 SPICE 库；

绘制元件符号；

定义门，同时遵循 SPICE 模型；

在接线图中包括库；

设置组件属性；

画出接线图。

对于更多 SiC MOSFET 型号，您始终可以使用相同的符号。我们现在准备测试 MOSFET 并运行一些简单的静态模拟。

接线图

在图 6 中，您可以看到一个简单的接线图。这是在电路中执行各种测量的典型配置，并且总是在官方组件数据表中指定。在图中您可以找到以下元素，正如我们将从模拟中看到的，所有值都完全落在 MOSFET 的“绝对最大额定值”范围内：

主电源电压：96 VDC （V1）；

栅极电压：22 VDC；

负载：6 欧姆功率电阻。

图 6：测试 SCT3160KL SiC MOSFET 的简单应用方案

让我们执行 1 秒瞬态，观察以下结果：

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。

该组件在其限制范围内工作，并且可以从这些测量值中导出另外两个重要参数：

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

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

结论

虽然导入外部组件模型有一个更自动化的过程，但我们建议您遵循手动步骤。第一个，实际上，自动化了与库连接的所有过程，但创建了一个简单的矩形符号，没有任何参考真正的符号。将任何电子元件导入您最喜欢的模拟器是一项非常有用的操作。由于采用了 SPICE 模型，即使是新组件和刚刚在市场上发布的组件也可以通过极其简单和安全的方式成功测试。

审核编辑：郭婷