【導讀】隨著設備變得越來越小，電源也需要跟上步伐。因此，當今的設計人員有一個優先目標：化單位體積的功率（W/mm 3）。實現這一目標的一種方法是使用高性能電源開關。盡管需要進一步的研發計劃來提高性能和安全性，并且使用這些寬帶隙 (WBG) 材料進行設計需要在設計過程中進行額外的工作，但氮化鎵 (GaN) 和 SiC 已經為新型電力電子產品鋪平了道路階段。
使用 SiC 柵極驅動器可以減少 30% 的能量損耗，同時限度地延長系統正常運行時間。
Maxim Integrated 推出了一款碳化硅 (SiC) 隔離式柵極驅動器，用于工業市場的高效電源。該公司聲稱，與競爭解決方案相比，新設備的功耗降低了 30%，碳足跡降低了 30%。
系統制造商對提高其設計的電源效率越來越感興趣；能源效率和降低成本的結合對于市場領導地位變得至關重要。從半導體材料的角度來看，這一領域已經取得了相當大的進展，現在已經有了可以高速開關的產品，提高了系統級效率，同時縮小了解決方案尺寸。
隨著設備變得越來越小，電源也需要跟上步伐。因此，當今的設計人員有一個優先目標：化單位體積的功率（W/mm 3）。實現這一目標的一種方法是使用高性能電源開關。盡管需要進一步的研發計劃來提高性能和安全性，并且使用這些寬帶隙 (WBG) 材料進行設計需要在設計過程中進行額外的工作，但氮化鎵 (GaN) 和 SiC 已經為新型電力電子產品鋪平了道路階段。
帶隙、擊穿場、熱導率、電子遷移率和電子漂移速度等特性是工程師可以從使用 GaN 和 SiC 等 WBG 半導體中獲得的主要優勢。基于WBG 半導體的功率開關模塊的優點包括高電流密度、更快的開關和更低的漏源電阻(R DS(on) )。
SiC 將決定多種工業應用的功率速率。它的帶隙為 3.2 電子伏特 (eV)，在導帶中移動電子所需的能量可提供比相同封裝規模的硅更高的電壓性能。SiC 較高的工作溫度和高導熱性支持高效的熱管理。
許多開關電源應用正在采用 SiC 解決方案來提高能源效率和系統可靠性。
圖 1：隔離式柵極驅動器的一般框圖
電源中的高開關頻率會導致產生噪聲瞬變的操作困難，從而導致整個系統效率低下。與硅的化學結構相比，新技術的化學結構使得新器件具有低電荷和快速開關的特性。
隔離柵極驅動器廣泛用于驅動 MOSFET 和 IGBT 并提供電流隔離。MOSFET 和 IGBT 的開關頻率通常高于 10 kHz。然而，基于 SiC 和 GaN 的系統可以在更高的開關頻率下運行，并且在轉換過程中不會出現顯著的功率損耗。顯著的優點是尺寸減小和變形更少（圖 1）。
快速開關會產生噪聲瞬變，從而導致閂鎖，從而導致調制損失甚至性系統損壞。為了解決這個問題，需要提高用于驅動系統的元件的抗噪聲能力。此外，與開關相關的功耗和傳導損耗會產生必須通過散熱器散發的熱量，從而增加了解決方案的尺寸。
這些瞬變的強度可能是由寄生脈沖門的驅動電路引起的，從而導致短路情況。控制功率轉換器的驅動電路必須設計成能夠承受這些噪聲源，從而避免二次短路。驅動器電路承受共模噪聲瞬態的能力是其共模瞬態抗擾度 (CMTI)，以 kV/μs 表示。CMTI 是所有處理兩個獨立接地參考（隔離柵極驅動器）之間差分電壓的柵極驅動器的關鍵參數。
了解和測量對這些瞬變的敏感度是設計新電源的重要一步。隔離柵上的電容為快速瞬變穿過隔離柵并破壞輸出波形提供了路徑。
Maxim Integrated 的新型MAX22701E驅動器具有 300kV/μs 的高 CMTI，從而延長系統正常運行時間。該驅動器專為高功率工業系統中的開關電源而設計，例如太陽能逆變器、電機驅動器和儲能系統。MAX22701E 與 SiC 和 GaN 兼容，可驅動基于任一 WBG 材料的 FET。據該公司稱，其技術規格減少了停機時間和能源損失。
MAX22701E 采用八引腳 (3.90 × 4.90mm) 窄體 SOIC 封裝，工作溫度范圍為 –40°C 至 125°C (圖 2)。
圖 2： MAX22701E 框圖（圖片Maxim Integrated）
高 CMTI 決定驅動器兩側的正確操作，限度地減少錯誤，從而增強所用柵極驅動器的魯棒性。CMTI 是與隔離器相關的三個關鍵特性之一。其他是傳播延遲匹配和工作電壓。據Maxim Integrated稱，MAX22701E提供業界的器件間傳播延遲匹配，高側和低側柵極驅動器之間的傳播延遲匹配為5 ns（值）。這有助于限度地減少晶體管的死區時間并限度地提高電源效率。該器件提供 3 kV rms的電流隔離，持續 60 秒。
Maxim 工業和醫療保健業務部業務經理 Suravi Karmacharya 表示：“隨著 SiC 和 GaN 等功率半導體器件的不斷進步和采用，行業正在轉向更節能、更可靠的解決方案。”融合的。“與傳統 MOSFET 和 IGBT 解決方案相比，該設備需要越來越高性能的開關頻率，并在開關瞬態時具有高 dV/dt 特性。我們的隔離式 SiC 柵極驅動器提供了一種解決方案，可限度地提高系統電源效率并增加嘈雜環境中的正常運行時間。”
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