對基于碳化硅 (SiC) 的系統的需求持續快速增長，以最大限度地提高效率并減小尺寸和重量，從而使工程師能夠創建創新的電源解決方案。利用 SiC 技術的應用范圍從電動汽車和充電站到智能電網以及工業和航空電力系統。

新的數字可編程柵極驅動器解決方案進一步支持加速從設計到生產的過程。碳化硅的耐壓性也很出色，在站立短路條件下不是很好。柵極驅動器旨在解決所有這些問題，包括系統噪聲、短路、過壓和過熱。

碳化硅技術

SiC 技術現在被廣泛認為是硅的可靠替代品。許多功率模塊和功率逆變器制造商已經為未來產品的路線圖奠定了基礎。SiC 襯底的更高電場強度允許使用更薄的基礎結構。

“在過去三年中，碳化硅功率半導體器件的增長翻了一番。市場上有很多人樂觀地認為，它將在未來七到十年內達到 100 億美元。我們看到了快速采用，并且我們正在全球范圍內尋找大量機會。這些機會涵蓋工業、汽車、醫療、航空航天和國防、牽引或火車等許多不同類型的應用，”Microchip Technology Inc. 戰略營銷經理奧蘭多·埃斯帕扎 (Orlando Esparza) 說。

圖 1：是什么推動了 SiC 在電力電子領域的采用？[來源：微芯片]

EV 和其他大功率開關應用使用碳化硅 (SiC) 電力電子技術實現最高效率。“碳化硅可滿足需要 600 伏及以上系統電壓的應用需求。我們看到 700 伏和 1200 伏設備在具有 400 伏或 800 伏總線的電動汽車應用或更高電壓范圍內的工業醫療設備方面有很多機會。由于硅與效率相關的局限性，許多系統設計人員現在正在尋求轉向 GaN 或碳化硅，而且碳化硅允許他們的系統更小、重量更輕，并且整體系統成本實際上更低， ”奧蘭多·埃斯帕扎說。

Microchip 的新型 700、1200 和 1700 V 電源模塊可最大限度地提高開關效率、減少熱量增益并減少系統占用空間。新解決方案包括具有商業資格的 700、1200 和 1700V 肖特基勢壘二極管 (SBD)。新的電源模塊系列包括各種拓撲結構，包括雙二極管、全橋、相腿、雙共陰極和三相橋，并提供多種電流和封裝選項。在設計中添加 SiC SBD 模塊可最大限度地提高開關效率，減少熱增益，并允許更小的系統占用空間。高器件性能使系統設計人員能夠利用二極管本體的穩定性而最大限度地減少對緩沖電路的需求，而不會出現長期退化。

圖 2：MSCSICSP3/REF2 參考設計 [來源：Microchip]

Microchip 提供了多種參考設計來加速設計開發。MSCSICSP3/REF2 參考設計為 SiC SP3 相腳模塊提供了一個高度隔離的 SiC MOSFET 雙柵極驅動器示例。它可以通過開關進行配置，以半橋配置驅動，任何時候都只有一側打開，并帶有死區時間保護。低電感 SP6LI 驅動器參考設計實現了高達 400 kHz 開關頻率的半橋驅動器。MSCSICPFC/REF5 是三相 Vienna PFC 參考設計，適用于 30 kW 應用的混合動力電動汽車/電動汽車 (HEV/EV) 充電器。

圖 3：低電感 SP6LI 驅動器參考設計 [來源：Microchip]

圖 4：MSCSICPFC/REF5 是 3 相 Vienna PFC 參考設計 [來源：Microchip]

Vienna 的 3 級 30 kW 功率因數校正 (PFC)、SiC 和 SP3/SP6LI 模塊驅動參考項目/板，為系統開發人員提供有助于縮短開發周期時間的工具。功率因數校正 (PFC) 對于解決潛在損耗源至關重要，應相應實施。

數字柵極驅動器

AgileSwitch? 系列數字柵極驅動器解決方案可有效減少高達 50% 的 EMI 問題和開關損耗。數字解決方案旨在解決在高開關頻率下運行 SiC 和 IGBT 功率器件時出現的關鍵挑戰。它們可以切換至 200 kHz 并提供多達七種不同的故障和監控條件。

“我們的柵極驅動器旨在解決所有這些問題，例如系統中的噪聲、短路過熱和過壓。Microchip Technology Inc. 的 AgileSwitch 產品線總監 Rob Weber 說：“我們針對在您嘗試驅動碳化硅時出現的這些關鍵問題提供了許多功能。

圖 5：數字柵極驅動優于模擬驅動 [來源：Microchip]

這些驅動器采用 Augmented Switching? 技術和強大的短路保護功能，并且可以通過軟件進行完全配置。它們針對運輸和工業應用進行了優化，包括逆變器和感應加熱。

“我們這樣做的方法是通過我們開發并獲得專利的技術，稱為增強切換。您可以在圖 6 的右側看到打開和關閉開關的程式化波形。我們所做的是分步打開和關閉開關，在不同的電壓電平下修改電壓和時間，以便打開和關閉，”Rob Weber 說。

Microchip 提供了大量開發套件，用于使用數字柵極驅動器進行高效開發。62 毫米電氣主即插即用 SiC 柵極驅動器針對牽引、重型車輛和感應加熱應用進行了優化。ASDAK 包括快速優化 SiC 模塊和系統性能所需的硬件和軟件元素。該工具使系統設計人員能夠靈活地使用智能配置工具 (ICT) 通過軟件更新來調整系統性能。ICT 提供了多種驅動參數的配置，包括開/關柵極電壓、直流鏈路和溫度故障水平，以及增加的開關配置文件。

通過減少正常運行和短路 (DSAT) 條件下的關斷尖峰和振鈴，SiC MOSFET 模塊可以在更高的頻率下安全運行，從而顯著提高功率轉換密度。這允許 SiC MOSFET 模塊更接近其額定規格運行，從而改善尺寸、成本和性能。

審核編輯：湯梓紅