SiC 生態(tài)系統(tǒng)中的柵極驅(qū)動(dòng)器

理想情況下，系統(tǒng)級(jí)高功率解決方案（例如牽引逆變器、驅(qū)動(dòng)器和光伏逆變器）有三個(gè)半導(dǎo)體元件：控制器、柵極驅(qū)動(dòng)器和功率半導(dǎo)體（本文為 SiC）。因此，了解如何驅(qū)動(dòng) SiC 功率器件至關(guān)重要。這些開關(guān)根據(jù)控制器的指示導(dǎo)通和關(guān)斷，以便在電力電子電路中進(jìn)行高效的電力傳輸。

柵極驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)關(guān)鍵元件，可充當(dāng)控制器和功率器件之間的一個(gè)接口?？蓪艠O驅(qū)動(dòng)器想象成一個(gè)放大器，它接收控制器信號(hào)并將其放大，從而驅(qū)動(dòng)功率器件。鑒于 SiC FET 的出色特性，確定對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)器的要求非常關(guān)鍵。

其中包括：

• 25-30V 高電源電壓，從而通過低傳導(dǎo)損耗實(shí)現(xiàn)高效率
• 高驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度（通常大于 5A），從而實(shí)現(xiàn)低開關(guān)損耗
• 快速短路保護(hù)，SiC 電源開關(guān)比硅基開關(guān)（MOSFET 和 IGBT）更快，因此可實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)
• 更小的傳播延遲和變化，實(shí)現(xiàn)高效和快速的系統(tǒng)控制
• 高 dv/dt 抗擾度，確保穩(wěn)定運(yùn)行

這些要求對(duì)于 SiC 與硅基 MOSFET 和 IGBT 柵極驅(qū)動(dòng)器來說是獨(dú)特的，如表 2 所示。

SiC 柵極驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)獨(dú)有特性是快速過流保護(hù)，而不是 IGBT 柵極驅(qū)動(dòng)器的去飽和。對(duì)于相同的額定電流和電壓，IGBT 到達(dá)有源區(qū)域時(shí)集電極和發(fā)射極之間的電壓明顯降低 (V_CE)（通常為 9V）

與 SiC MOSFET 相比。IGBT 會(huì)自動(dòng)限制電流增加。對(duì)于 SiC，漏電流 ID 隨著漏源電壓差 (V_DS) 的增加而繼續(xù)增加，最終導(dǎo)致更快的擊穿，如圖 3 所示。因此，對(duì)于 SiC 柵極驅(qū)動(dòng)器而言，具有快速保護(hù)和快速故障報(bào)告（通常為 400ns）功能至關(guān)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(yīng) SiC 的高開關(guān)速度，因此需要低阻抗驅(qū)動(dòng)器以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健運(yùn)行。

SiC 用于高壓/大功率應(yīng)用，并且涉及到人機(jī)界面 (HMI)，因此幾乎所有用于 SiC 的柵極驅(qū)動(dòng)器都是隔離的。