SiC 技術已廣泛應用于電動汽車、工業、可再生能源/電網和其他應用的中壓和高壓應用中。為了充分發揮其優勢，系統開發人員必須首先抵消其更快的開關速度帶來的不良副作用。

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由于基于 SiC 的系統設計的復雜性不斷增加，傳統柵極驅動器不足以解決這些與 SiC 相關的挑戰。這些傳統柵極驅動器專為與速度慢得多的硅絕緣柵雙極晶體管 (IGBT) 配合使用而設計。

想要實現更快的上市時間、靈活性以及改進的設計能力的基于SiC(碳化硅)的系統開發者們，現在轉而使用智能的、可配置的數字門控驅動器。這些驅動器也使得他們能夠輕松地從鍵盤操作的舒適便捷中優化開關性能，而不是通過重新旋轉系統板或在其上焊接門電阻來實現。

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使用 SiC 技術的設計人員在設備的高效驅動和安全控制方面面臨著動態的新挑戰。

由于 SiC 的開關速度比硅快得多，隨之而來的更快的電壓和電流轉換帶來了挑戰或二次效應，這可能會導致潛在的噪聲和電磁干擾 (EMI) 以及振鈴、過壓和過熱。除非開發人員采用仔細的電路設計和濾波等緩解措施，否則這些影響可能會導致設備故障、不必要的噪聲、系統性能降低和其他問題。

使用硅 IGBT 的系統設計人員通常不必花費太多時間來減輕此類二次效應，而可以通過使用傳統的模擬柵極驅動器來實現。使用采用 SiC 技術的傳統模擬柵極驅動器會導致效率低下，因為在故障情況下需要顯著更快的響應時間。模擬柵極驅動器也很難修改以優化開關操作和性能。

數字柵極驅動器解決了這些挑戰，同時還提供強大的短路保護。使用柵極驅動配置文件的軟件可配置方法是最新數字柵極驅動器的關鍵要素。這種方法允許根據應用標準(從功率水平、開關頻率到負載條件)以數字方式配置 SiC 功率器件開關特性，以實現最佳效率。

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mSiC 和可配置增強交換技術的優勢

當今數字柵極驅動器的最大優勢之一是可以通過可配置的開啟和關閉開關配置文件對其進行增強。這使得設計人員能夠將開關損耗降低高達 50%，并將 V DS過沖降低高達 80% 。

Microchip 的 mSiC 柵極驅動器解決方案采用增強型開關技術，提供涵蓋控制開通和關斷柵極電壓及其持續時間的各個步驟的柵極驅動配置文件。設計人員可以通過軟件輕松快速地以數字方式修改這些配置文件，以滿足其特定的應用需求，而無需更改硬件。該技術還包括獨立的短路響應和強大的故障監控/檢測。

圖中顯示了這種類型的柵極驅動器如何工作來實現可配置的關斷開關。每列的頂部圖像是智能可配置工具 (ICT) 的圖形編輯器，底部圖像是帶有關閉波形的示波器拍攝結果。左圖顯示了傳統開關(增強關閉功能被禁用)。中間的圖顯示了一種增強關閉設置的應用，第三張圖顯示了第二種關閉選項。每種情況下的條件均為 600 VV DS和 400 AI DS，柵極電阻為 1.1 Ω。

第三張圖顯示了所需的結果：V過沖峰值降低至 712V，同時電壓和電流振鈴降低。這是通過以下方式實現的：從 20V 的級上電壓開始，繼續達到 4.5V 的可配置中間電平，并在下降到 -5V 關斷電壓之前保持 650 納秒 (ns)。關斷能量增加至 16 mJ，以減少 V過沖和振鈴 (EMI)。

除了提供可配置的配置文件外，當今的解決方案還包含額外的故障監控檢測級別和短路響應。這些功能共同為設計人員提供了多層控制和保護，以確保安全、可靠的運行。

對于許多使用 SiC MOSFET 的設計人員來說，問題不在于是否使用智能數字柵極驅動器，而是根據自己的需求從頭開始構建一個驅動器，或者使用即插即用的柵極驅動器解決方案。有多種選擇可供考慮。

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實施內部或即插即用柵極驅動器解決方案的設計注意事項

開發人員可以利用軟件可配置的 ±V GS柵極電壓創建功能齊全的 SiC MOSFET 柵極驅動解決方案。這可以使用由模塊適配器板支持的數字柵極驅動器內核來完成，從而促進評估和開發。完整的數字柵極驅動器開發套件也可用于實現此目的。

一些系統開發人員不具備構建解決方案的內部設計工程技能，并且上市時間壓力需要能夠更快實施的解決方案。在這些情況下，可以使用柵極驅動器板來使用即插即用方法，例如 Microchip 的即插即用 mSiC 柵極驅動器，該驅動器板可通過預配置的模塊設置開箱即用。這些板由編程套件和 ICT 軟件支持，可根據應用需求進行額外優化，無論是重型車輛和輔助電源裝置 (APU) 還是充電、存儲、逆變器和感應加熱系統。

即插即用柵極驅動器的另一個好處是它們已經符合行業特定標準，并且比其他方法更容易組裝。它們簡化了成本和開發，同時消除了供應鏈中斷的風險。

例如，LinPak開放標準功率半導體封裝已被大量模塊制造商采用。它包括低壓 (LV) LinPak 模塊和用于隔離式 SiC MOSFET 模塊的最新高壓 (HV) 版本。

后者以 LV 變體的成功為基礎，具有相同的低雜散電感、并聯性能和高功率密度。這種雙(或相腳)高壓模塊具有眾多優點，其中將主電源端子定位在封裝的每一側，因此柵極單元可以方便地放置在模塊的中間，并且其 DC+ 和 DC- 端子分布最大限度地減少了換向電感。

為了支持這些低壓和高壓模塊，當今的即插即用柵極驅動器經過預先配置和優化，可在鐵路牽引、電池充電、智能電網和 UPS 系統等應用中“開箱即用”工作。工業電機驅動器和重型設備。以 3.3 kV HV LinPak 模塊為例，當今的數字柵極驅動器采用可配置的開關配置文件來監控故障報告并改進對基于 SiC MOSFET 的電源系統的控制。它們支持 10.2 kV 初級到次級隔離、可配置的打開/關閉開關配置文件以及隔離溫度和直流鏈路監控。

在圖4所示的示例中，智能隔離柵極驅動器符合鐵路應用的多項關鍵標準，包括確保惡劣環境下可靠性的EN50155、用于EMC保護的EN50121-3-2和EN61000-6-4、用于沖擊的EN 61373和抗振性，以及 EN 45545-2 消防安全分類的危險等級 (HL) 2。

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從電氣化到電網現代化的轉變

寬帶隙碳化硅技術已經在萬物電氣化方面發揮著關鍵作用。它將很快解決其他重大挑戰，例如需要進行電網檢修，以實現必要的全向功率流，以簡化收集的能量通過分配到最終調節和使用的方式。

使用軟件可配置的SiC MOSFET 柵極驅動方法將更容易解決這些和其他挑戰 。這種方法減少了開關損耗和振鈴，同時提高了系統功率密度，超出了使用標準模擬 MOSFET 柵極驅動器所能達到的水平，以減輕 SiC 技術的二次效應。開發人員擁有多種使用 mSiC 柵極驅動器的構建或購買選項，從模塊適配器板支持的數字柵極驅動器內核到為廣泛采用的模塊封裝預先配置的即插即用解決方案，幫助開發人員和設計人員輕松采用 SiC 、速度和信心。