使用 SiC 柵極驅(qū)動(dòng)器可以將能量損失降低 30%，同時(shí)最大限度地延長(zhǎng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間。

Maxim Integrated 推出了用于工業(yè)市場(chǎng)高效電源的碳化硅 (SiC) 隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器。該公司聲稱(chēng)，與競(jìng)爭(zhēng)解決方案相比，新設(shè)備的功率損耗降低了 30%，碳足跡降低了 30%。

系統(tǒng)制造商對(duì)提高其設(shè)計(jì)的電源效率越來(lái)越感興趣。能源效率和降低成本的結(jié)合對(duì)于市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位變得至關(guān)重要。從半導(dǎo)體材料的角度來(lái)看，這一領(lǐng)域已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，現(xiàn)在有可以高速切換的產(chǎn)品，提高系統(tǒng)級(jí)效率，同時(shí)減小解決方案尺寸。

隨著設(shè)備變得更小，電源需要跟上步伐。因此，今天的設(shè)計(jì)師有一個(gè)優(yōu)先目標(biāo)：最大化單位體積的功率 (W/mm ³ )。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是使用高性能電源開(kāi)關(guān)。氮化鎵 (GaN) 和 SiC 已經(jīng)為通往新型電力電子產(chǎn)品的道路鋪平了道路，即使需要進(jìn)一步的研發(fā)計(jì)劃來(lái)提高性能和安全性，即使使用這些寬帶隙 (WBG) 材料進(jìn)行設(shè)計(jì)需要在設(shè)計(jì)期間進(jìn)行額外的工作階段。

帶隙、擊穿場(chǎng)、熱導(dǎo)率、電子遷移率和電子漂移速度等特性是工程師可以從使用 GaN 和 SiC 等 WBG 半導(dǎo)體中獲得的主要好處。基于 WBG 半導(dǎo)體的功率開(kāi)關(guān)模塊的優(yōu)勢(shì)包括高電流密度、更快的開(kāi)關(guān)以及更低的漏源電阻 (R _DS(on) )。

SiC 將在多個(gè)工業(yè)應(yīng)用中設(shè)定功率速率。它的帶隙為 3.2 電子伏特 (eV)，在導(dǎo)帶中移動(dòng)電子所需的能量提供了比相同封裝規(guī)模的硅更高的電壓性能。SiC 更高的工作溫度和高導(dǎo)熱性支持高效的熱管理。

許多開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用正在采用 SiC 解決方案來(lái)提高能效和系統(tǒng)可靠性。

圖 1：隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器的一般框圖

電源中的高開(kāi)關(guān)頻率會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲的瞬態(tài)運(yùn)行困難，從而使整個(gè)系統(tǒng)效率低下。與硅相比，新技術(shù)的化學(xué)結(jié)構(gòu)使新器件具有低電荷和快速開(kāi)關(guān)。

隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器廣泛用于驅(qū)動(dòng) MOSFET 和 IGBT 并提供電流隔離。高于 10 kHz 的開(kāi)關(guān)頻率在 MOSFET 和 IGBT 中很常見(jiàn)。然而，基于 SiC 和 GaN 的系統(tǒng)可以在更高的開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)行，而在轉(zhuǎn)換期間不會(huì)出現(xiàn)明顯的功率損耗。顯著的優(yōu)點(diǎn)是尺寸減小和失真更少（圖 1）。

快速開(kāi)關(guān)會(huì)產(chǎn)生噪聲瞬變，從而導(dǎo)致閂鎖，從而導(dǎo)致調(diào)制損耗甚至永久性系統(tǒng)損壞。為了解決這個(gè)問(wèn)題，需要提高用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的組件的抗噪能力。此外，與開(kāi)關(guān)相關(guān)的功耗和傳導(dǎo)損耗會(huì)產(chǎn)生熱量，必須通過(guò)散熱器散熱，從而增加了解決方案的尺寸。

這些瞬變的強(qiáng)度可能是由雜散脈沖門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路引起的，從而導(dǎo)致短路。控制功率轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動(dòng)電路必須設(shè)計(jì)成能夠承受這些噪聲源，從而避免二次短路。驅(qū)動(dòng)器電路承受共模噪聲瞬變的能力是其共模瞬變抗擾度 (CMTI)，以 kV/μs 表示。CMTI 是處理兩個(gè)獨(dú)立接地參考（隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器）之間差分電壓的所有柵極驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵參數(shù)。

了解和測(cè)量對(duì)這些瞬變的敏感性是新電源設(shè)計(jì)中的重要一步。跨過(guò)隔離柵的電容為快速瞬變穿過(guò)隔離柵并破壞輸出波形提供了路徑。

Maxim Integrated 的新型MAX22701E驅(qū)動(dòng)器具有 300kV/μs 的高 CMTI，從而延長(zhǎng)了系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)間。該驅(qū)動(dòng)器專(zhuān)為太陽(yáng)能逆變器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)等大功率工業(yè)系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)電源而設(shè)計(jì)。MAX22701E 與 SiC 和 GaN 兼容，用于驅(qū)動(dòng)基于任何一種 WBG 材料的 FET。據(jù)該公司稱(chēng)，其技術(shù)規(guī)格可減少停機(jī)時(shí)間和能源損失。

MAX22701E 采用 8 引腳 (3.90 × 4.90-mm) 窄體 SOIC 封裝，擴(kuò)展溫度范圍為 –40°C 至 125°C（圖 2）。

圖 2： MAX22701E 框圖（圖片：Maxim Integrated）

高 CMTI 決定了驅(qū)動(dòng)器兩側(cè)的正確操作，最大限度地減少錯(cuò)誤，從而增強(qiáng)所用柵極驅(qū)動(dòng)器的魯棒性。CMTI 是與隔離器相關(guān)的三個(gè)關(guān)鍵特性之一。其他是傳播延遲匹配和工作電壓。據(jù) Maxim Integrated 稱(chēng)，MAX22701E 在高端和低端柵極驅(qū)動(dòng)器之間提供業(yè)界最低的器件間傳播延遲匹配，最大為 5ns。這有助于最大限度地減少晶體管的死區(qū)時(shí)間并最大限度地提高電源效率。_{該器件提供 3 kV rms}的電流隔離，持續(xù) 60 秒。

“隨著 SiC 和 GaN 等功率半導(dǎo)體器件的不斷進(jìn)步和采用，該行業(yè)正朝著更節(jié)能和[更]可靠的解決方案邁進(jìn)，”Maxim 工業(yè)和醫(yī)療保健業(yè)務(wù)部高級(jí)業(yè)務(wù)經(jīng)理 Suravi Karmacharya 說(shuō)融合的。“與傳統(tǒng)的 MOSFET 和 IGBT 解決方案相比，該設(shè)備需要越來(lái)越高性能的開(kāi)關(guān)頻率，在開(kāi)關(guān)瞬態(tài)時(shí)具有高 dV/dt 特性。我們的隔離式 SiC 柵極驅(qū)動(dòng)器提供了一種解決方案，可最大限度地提高系統(tǒng)功率效率并延長(zhǎng)嘈雜環(huán)境中的正常運(yùn)行時(shí)間?！?/font>