高功率 SiC diode Tj接面溫度計算與規格評估

一般在評估SiC diode操作上是否安全，除了透過datasheet內所標示的規格來對照外，通常還會透過Tj的溫度計算來確認。
SiC diode整體的Tj溫度是來自穩態與暫態的加總。

• 以Infineon SiC diode IDH06SG60C為例來計算Tj

                                                    

• Steady state(穩態)
  • Conduction loss

    Pd_con = VF x IF x Don = 3.5V x [25.4*(2/pi)] x 0.27 = 15.28W

    1. Don = 3.6us / 13.3us = 0.27
    2. 由下列曲線，找出對應穩態的VF
  • Switch loss

    Pd_sw = Qc x Vo x fsw = 8nC x 400V x (1/13.3us) = 0.24W

    Qc可由datasheet得知，Vo為PFC電壓，fsw為週期倒數
  • Ptot_steady state = Pd_con + Pd_sw = 15.28 + 0.24 = 15.52W

• Abnormal (暫態)
  • 以264Vac AC cycle dropout waveform為例
  • Conduction loss

    Pd_con = VF x IF x ton x n

                 = 5.9V x [38.8*(2/pi)] x 18us x (4ms/13.3us)

                 =0.793W
  •  由下列曲線，找出對應暫態的VF值
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• • Switch loss
  • Pd_sw = Qc x Vo x n = 8nC x 400V x (4m/13.3us) = 0.96mW
  • Ptot_abnormal = Pd_con + Pd_sw = 0.793W + 0.96mW = 0.8W
• Junction溫度計算
  • 穩態Tj溫度
  • Pd = (Tj - Tc) / Rthjc

    Tj_steady state = Tc + 2.1K/W x 15.52W = 85 + 2.1 x 15.52 = 117.6℃

    由datasheet得知熱阻係數Rthjc為2.1K/W，先前穩態Pd為15.52W，假設Tc溫度為85 ℃
  • 暫態Tj溫度

    Trise _abnormal = Pd_pulse x Zthjc = 0.8W x 0.16K/W = 0.13℃

    透過下列曲線求出暫態熱阻，Zthjc(18us) = 0.16K/W
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  • 因此整體的Tj為穩態加上暫態的溫度
  • Tj_total = Tj_steady state + Tj_rise_abnormal = 117.6 + 0.13 = 117.73℃ 
  •  對照datasheet的Tj規格，Tj的計算結為117.73℃，在datasheet所標示之規格內，符合使用規格。
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