ZHCY174A February 2018 – February 2019
SiC 生態系統中的柵極驅動器
理想情況下，系統級高功率解決方案（例如牽引逆變器、驅動器和光伏逆變器）有三個半導體元件：控制器、柵極驅動器和功率半導體（本文為 SiC）。因此，了解如何驅動 SiC 功率器件至關重要。這些開關根據控制器的指示導通和關斷，以便在電力電子電路中進行高效的電力傳輸。
柵極驅動器是一個關鍵元件，可充當控制器和功率器件之間的一個接口。可將柵極驅動器想象成一個放大器，它接收控制器信號并將其放大，從而驅動功率器件。鑒于 SiC FET 的出色特性，確定對柵極驅動器的要求非常關鍵。
其中包括：
- 25-30V 高電源電壓，從而通過低傳導損耗實現高效率
- 高驅動強度（通常大于 5A），從而實現低開關損耗
- 快速短路保護，SiC 電源開關比硅基開關（MOSFET 和 IGBT）更快，因此可實現快速響應
- 更小的傳播延遲和變化，實現高效和快速的系統控制
- 高 dv/dt 抗擾度，確保穩定運行
這些要求對于 SiC 與硅基 MOSFET 和 IGBT 柵極驅動器來說是獨特的，如表 2 所示。
SiC 柵極驅動器的一個獨有特性是快速過流保護，而不是 IGBT 柵極驅動器的去飽和。對于相同的額定電流和電壓，IGBT 到達有源區域時集電極和發射極之間的電壓明顯降低 (VCE)（通常為 9V）
表 2 將 SiC 與 MOSFET 和 IGBT 柵極驅動器進行比較。
| 開關管 | Si MOSFET | Si IGBT | SiC | |
| 開關頻率 | 高 (>20kHz) | 中低 (5kHz-20kHz) | 高 (>50kHz) | |
| 基本保護 | 無 | 有 - 去飽和，米勒鉗位 | 有 - 電流感測，米勒鉗位 | |
| VDD 最大值（電源） | 20V | 30V | 30V | |
| VDD 范圍 | 0-20V | 10 至 20V | -5 至 25V | |
| 工作電壓 VDD | 10-12V | 12-15V | 15-18V | |
| UVLO | 8V | 12V | 12-15V | |
| CMTI | 50-100V/ns | <50V/ns | >100V/ns | |
| 傳播延遲 | 越小越好 (<50ns) | 高（不嚴重） | 越小越好 (<50ns) | |
| 電源軌電壓 | 高達 650V | >650V | >650V | |
| 典型應用 | 電源 - 服務器、數據通信、電信、工廠自動化、車載和非車載充電器、太陽能微伏逆變器和串式逆變器 (<3kW)、400V 至 12V 直流/直流轉換器 - 汽車 | 電機驅動器（交流電機）、UPS、集中式和串式太陽能逆變器 (>3kW)、汽車牽引逆變器 | PFC - 電源、光伏逆變器、用于 EV/HEV 的直流/直流和用于 EV 的牽引逆變器、電機驅動器、鐵路 | |
與 SiC MOSFET 相比。IGBT 會自動限制電流增加。對于 SiC，漏電流 ID 隨著漏源電壓差 (VDS) 的增加而繼續增加，最終導致更快的擊穿，如圖 3 所示。因此，對于 SiC 柵極驅動器而言，具有快速保護和快速故障報告（通常為 400ns）功能至關重要。
圖 3 SiC MOSFET 和 IGBT 之間的電流-電壓 (I-V) 特性差異。柵極電壓必須具有高 dv/dt 才能適應 SiC 的高開關速度，因此需要低阻抗驅動器以實現穩健運行。
SiC 用于高壓/大功率應用，并且涉及到人機界面 (HMI)，因此幾乎所有用于 SiC 的柵極驅動器都是隔離的。