隨著碳化硅(SIC) 作為半導體材料的普及不斷增長，它成為具有廣泛應用的下一代功率器件的重要參與者，如下圖所示的風力渦輪機。

　　SiC 是一種寬帶隙 (WBG) 材料，用作半導體材料時，與硅相比具有多種優勢(例如，帶隙寬度是硅的 3 倍，擊穿電場強度是硅的 10 倍)。

　　與更傳統的 Si 或 IGBT 等效器件相比，使用 SiC 功率 MOSFET 具有許多優勢，但為其選擇驅動器需要采用不同的方法。

　　在功率器件中 SiC 相對于 Si 的優勢：

　　SiC 是一種有效、高效的寬帶隙 (WBG) 替代品，可替代更傳統的硅基功率器件，其原因有以下幾個：

　　MOSFET 開關速度更快，即在 5 kHz 至 20 kHz 時，與 Si IGBT 相比，>50 kHz，或對于 Si MOSFET，>20 kHz

　　效率更高

　　更高的耐壓能力

　　更高的功率水平，即 >5 kW，而 Si IGBT 的功率水平為 >3 kW，SiC MOSFET 的功率水平為 <3 kW

　　高溫能力

　　特別是，SiC MOSFET 越來越多地用于電動和混合動力汽車的 DC-DC 轉換器(包括電動汽車的牽引逆變器)、鐵路、太陽能逆變器和通用電源。

　　碳化硅功率晶體管

　　SiC 功率晶體管通常用作電源和其他開關應用的開關。如果正確實施，它們可以實現關鍵的設計目標，例如降低功耗和最小化電源產品的尺寸，同時提供剛才討論的好處。然而，工程師在柵極驅動 SiC 與 Si 時需要注意一些差異。

　　驅動 SiC 功率 MOSFET

　　為了使 SiC MOSFET 達到最佳性能水平，工程師需要認識到驅動器的某些設計參數將與 Si MOSFET 的設計參數不同。作為參考，典型的應用電路如圖 2 所示。

圖2

　　大多數 MOSFET 將在 VGS(柵源電壓)為零時關閉。另一方面，當半橋和橋配置中出現負柵極偏置時，SiC MOSFET 柵極驅動器將工作得更好。與 VGS 相關的潛在問題的一個例子是米勒效應。如果一個 SiC MOSFET 導通，第二個 MOSFET 的漏極可能會經歷足夠的浪涌，從而由于寄生效應而導通。對于 SiC MOSFET，建議的 VGS 通常為 14 至 20 V 完全導通，0 至 -5 V 完全關斷。請注意，較低的開啟 VGS 將導致較低的效率水平。

　　對于 SiC MOSFET 等高壓應用，需要隔離柵來 1) 防止不需要的交流或直流信號從 MOSFET 的低壓側傳輸到高壓側，2) 確保初級側不超過電路的最大額定值。由于 SiC MOSFET 支持比 Si 或 IGBT 更高的電壓，因此必須考慮最大工作隔離電壓。對于高功率應用，電壓很容易高達 1,700 V。

　　驅動 SiC 功率 MOSFET 時，CMTI(共模瞬態抗擾度)也至關重要。CMTI 是施加在兩個隔離電路之間的 VCM(共模電壓)上升或下降的最大容忍速率。

　　由于 SiC MOSFET 可實現高開關速率，因此 CMTI 可能會出現問題。VCM 的上升/下降會導致電壓瞬變較大，很容易達到 100 kV/μs，從而導致低壓產生噪聲。驅動器必須承受高于額定水平的 CMTI 才能有效。

　　還有與電容相關的設計考慮因素。開關節點電容會增加損耗，柵極電路中的電容和電感的組合會降低開關速度(這是使用 SiC 的主要優點)和控制柵極電壓的能力。為了增加電容挑戰，并聯器件的電容差異將導致不平衡。通過PCB 布局可以最大限度地減少這些問題。

　　最后，為 SiC 功率 MOSFET 驅動器供電的 DC-DC 轉換器應具有雙未穩壓輸出或雙電壓軌。具有單一輸出電壓的 SiC 驅動器將無法提供可靠關斷 SiC MOSFET 所需的負電壓。雙輸出 DC-DC 轉換器可以提供晶體管導通所需的正電壓和關斷晶體管所需的負電壓。

　　然而，如前所述，開啟和關閉電壓不是互補的(例如+12V和-12V)，大多數雙輸出DC-DC轉換器都是這種情況。專為 SiC 驅動器設計的 DC-DC 的輸出電壓是不對稱的，可以根據特定的開啟和關閉電壓要求(例如 +20 V 和 - 5 V)進行選擇。

　　CUI DC-DC 設計用于為 SiC 驅動器供電

　　CUI VQA3S-S 系列是一款隔離式 DC-DC 轉換器，專為為 IGBT 和 SiC MOSFET 驅動器供電而設計。它們的運行效率高達 87%，通過 UL/cUL 62368 安全認證，最高工作溫度為 105°C。

圖3

　　CUI VQA3S-S 系列的開關頻率為 200 kHz，具有雙非對稱輸出。它們具有 5 kVAC 的隔離電壓和強化隔離。因此，它們具有高于 200 kV/μs 的高 CMTI 和 3.5 pF 的超低隔離電容。

　　不斷發展的功率技術需要更高效、高性能的功率晶體管，而 SiC 通常是下一代功率器件的最佳選擇。然而，工程師必須擁有正確的驅動電壓才能充分利用 SiC 功率 MOSFET 等組件。立即聯系 CUI，詳細了解 SiC 在電源設計中的潛力。浮思特科技深耕功率器件領域，為客戶提供單片機(MCU)、觸控芯片等功率器件，是一家擁有核心技術的電子元器件供應商和解決方案商。