使用 SiC 柵極驅動器可以將能量損失降低 30%，同時最大限度地延長系統正常運行時間。

Maxim Integrated 推出了用于工業市場高效電源的碳化硅 (SiC) 隔離式柵極驅動器。該公司聲稱，與競爭解決方案相比，新設備的功率損耗降低了 30%，碳足跡降低了 30%。

系統制造商對提高其設計的電源效率越來越感興趣。能源效率和降低成本的結合對于市場領導地位變得至關重要。從半導體材料的角度來看，這一領域已經取得了相當大的進展，現在有可以高速切換的產品，提高系統級效率，同時減小解決方案尺寸。

隨著設備變得更小，電源需要跟上步伐。因此，今天的設計師有一個優先目標：最大化單位體積的功率 (W/mm ³ )。實現這一目標的一種方法是使用高性能電源開關。氮化鎵 (GaN) 和 SiC 已經為通往新型電力電子產品的道路鋪平了道路，即使需要進一步的研發計劃來提高性能和安全性，即使使用這些寬帶隙 (WBG) 材料進行設計需要在設計期間進行額外的工作階段。

帶隙、擊穿場、熱導率、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 半導體中獲得的主要好處。基于 WBG 半導體的功率開關模塊的優勢包括高電流密度、更快的開關以及更低的漏源電阻 (R _DS(on) )。

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

許多開關電源應用正在采用 SiC 解決方案來提高能效和系統可靠性。

圖 1：隔離式柵極驅動器的一般框圖

電源中的高開關頻率會導致產生噪聲的瞬態運行困難，從而使整個系統效率低下。與硅相比，新技術的化學結構使新器件具有低電荷和快速開關。

隔離式柵極驅動器廣泛用于驅動 MOSFET 和 IGBT 并提供電流隔離。高于 10 kHz 的開關頻率在 MOSFET 和 IGBT 中很常見。然而，基于 SiC 和 GaN 的系統可以在更高的開關頻率下運行，而在轉換期間不會出現明顯的功率損耗。顯著的優點是尺寸減小和失真更少（圖 1）。

快速開關會產生噪聲瞬變，從而導致閂鎖，從而導致調制損耗甚至永久性系統損壞。為了解決這個問題，需要提高用于驅動系統的組件的抗噪能力。此外，與開關相關的功耗和傳導損耗會產生熱量，必須通過散熱器散熱，從而增加了解決方案的尺寸。

這些瞬變的強度可能是由雜散脈沖門的驅動電路引起的，從而導致短路。控制功率轉換器的驅動電路必須設計成能夠承受這些噪聲源，從而避免二次短路。驅動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 是處理兩個獨立接地參考（隔離式柵極驅動器）之間差分電壓的所有柵極驅動器的關鍵參數。

了解和測量對這些瞬變的敏感性是新電源設計中的重要一步。跨過隔離柵的電容為快速瞬變穿過隔離柵并破壞輸出波形提供了路徑。

Maxim Integrated 的新型MAX22701E驅動器具有 300kV/μs 的高 CMTI，從而延長了系統正常運行時間。該驅動器專為太陽能逆變器、電機驅動和儲能系統等大功率工業系統中的開關電源而設計。MAX22701E 與 SiC 和 GaN 兼容，用于驅動基于任何一種 WBG 材料的 FET。據該公司稱，其技術規格可減少停機時間和能源損失。

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

圖 2： MAX22701E 框圖（圖片：Maxim Integrated）

高 CMTI 決定了驅動器兩側的正確操作，最大限度地減少錯誤，從而增強所用柵極驅動器的魯棒性。CMTI 是與隔離器相關的三個關鍵特性之一。其他是傳播延遲匹配和工作電壓。據 Maxim Integrated 稱，MAX22701E 在高端和低端柵極驅動器之間提供業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時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 60 秒。

“隨著 SiC 和 GaN 等功率半導體器件的不斷進步和采用，該行業正朝著更節能和[更]可靠的解決方案邁進，”Maxim 工業和醫療保健業務部高級業務經理 Suravi Karmacharya 說融合的。“與傳統的 MOSFET 和 IGBT 解決方案相比，該設備需要越來越高性能的開關頻率，在開關瞬態時具有高 dV/dt 特性。我們的隔離式 SiC 柵極驅動器提供了一種解決方案，可最大限度地提高系統功率效率并延長嘈雜環境中的正常運行時間。”

審核編輯：劉清