ZHCY174A February 2018 – February 2019
SiC 生态系统中的栅极驱动器
理想情况下，系统级高功率解决方案（例如牵引逆变器、驱动器和光伏逆变器）有三个半导体元件：控制器、栅极驱动器和功率半导体（本文为 SiC）。因此，了解如何驱动 SiC 功率器件至关重要。这些开关根据控制器的指示导通和关断，以便在电力电子电路中进行高效的电力传输。
栅极驱动器是一个关键元件，可充当控制器和功率器件之间的一个接口。可将栅极驱动器想象成一个放大器，它接收控制器信号并将其放大，从而驱动功率器件。鉴于 SiC FET 的出色特性，确定对栅极驱动器的要求非常关键。
其中包括：
- 25-30V 高电源电压，从而通过低传导损耗实现高效率
- 高驱动强度（通常大于 5A），从而实现低开关损耗
- 快速短路保护，SiC 电源开关比硅基开关（MOSFET 和 IGBT）更快，因此可实现快速响应
- 更小的传播延迟和变化，实现高效和快速的系统控制
- 高 dv/dt 抗扰度，确保稳定运行
这些要求对于 SiC 与硅基 MOSFET 和 IGBT 栅极驱动器来说是独特的，如表 2 所示。
SiC 栅极驱动器的一个独有特性是快速过流保护，而不是 IGBT 栅极驱动器的去饱和。对于相同的额定电流和电压，IGBT 到达有源区域时集电极和发射极之间的电压明显降低 (VCE)（通常为 9V）
表 2 将 SiC 与 MOSFET 和 IGBT 栅极驱动器进行比较。
| 开关管 | Si MOSFET | Si IGBT | SiC | |
| 开关频率 | 高 (>20kHz) | 中低 (5kHz-20kHz) | 高 (>50kHz) | |
| 基本保护 | 无 | 有 - 去饱和，米勒钳位 | 有 - 电流感测，米勒钳位 | |
| VDD 最大值（电源） | 20V | 30V | 30V | |
| VDD 范围 | 0-20V | 10 至 20V | -5 至 25V | |
| 工作电压 VDD | 10-12V | 12-15V | 15-18V | |
| UVLO | 8V | 12V | 12-15V | |
| CMTI | 50-100V/ns | <50V/ns | >100V/ns | |
| 传播延迟 | 越小越好 (<50ns) | 高（不严重） | 越小越好 (<50ns) | |
| 电源轨电压 | 高达 650V | >650V | >650V | |
| 典型应用 | 电源 - 服务器、数据通信、电信、工厂自动化、车载和非车载充电器、太阳能微伏逆变器和串式逆变器 (<3kW)、400V 至 12V 直流/直流转换器 - 汽车 | 电机驱动器（交流电机）、UPS、集中式和串式太阳能逆变器 (>3kW)、汽车牵引逆变器 | PFC - 电源、光伏逆变器、用于 EV/HEV 的直流/直流和用于 EV 的牵引逆变器、电机驱动器、铁路 | |
与 SiC MOSFET 相比。IGBT 会自动限制电流增加。对于 SiC，漏电流 ID 随着漏源电压差 (VDS) 的增加而继续增加，最终导致更快的击穿，如图 3 所示。因此，对于 SiC 栅极驱动器而言，具有快速保护和快速故障报告（通常为 400ns）功能至关重要。
图 3 SiC MOSFET 和 IGBT 之间的电流-电压 (I-V) 特性差异。栅极电压必须具有高 dv/dt 才能适应 SiC 的高开关速度，因此需要低阻抗驱动器以实现稳健运行。
SiC 用于高压/大功率应用，并且涉及到人机界面 (HMI)，因此几乎所有用于 SiC 的栅极驱动器都是隔离的。