【導讀】碳化矽解決方案支持以更小、更輕和更高效的電氣方案取代飛機的氣動和液壓係統，為機載交流發電機、執行機構和輔助動力裝置（APU）供電。這類解決方案還可以減少這些係統的維護需求。但是
，SiC技術最顯著的貢獻體現在其所肩負實現商用運輸車輛電氣化的使命上，這些車輛是世界上最大的GHG排放源之一。

綠色倡議持續推動工業、航空航天和國防應用，尤其是運輸行業的電力電子係統設計轉型。碳化矽（SiC）是引領這一趨勢的核心技術，可提供多種新功能不斷推動各種車輛和飛機實現電氣化

，從而減少溫室氣體（GHG）排放。

碳化矽解決方案支持以更小、更輕和更高效的電氣方案取代飛機的氣動和液壓係統
，為機載交流發電機、執行機構和輔助動力裝置（APU）供電。這類解決方案還可以減少這些係統的維護需求。但是，SiC技術最顯著的貢獻體現在其所肩負實現商用運輸車輛電氣化的使命上，這些車輛是世界上最大的GHG排放源之一。

隨著1700V金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）和可配置數字柵極驅動技術的問世，現今的SiC解決方案使設計人員能夠讓這些係統以最少的能源消耗產生最大的生產力。

1700V SiC MOSFET的優勢

改用1700V MOSFET後，SiCjishudegonglvzhuanhuanyoushiyijingkuozhandaodiandongshangyonghezhongxingcheliangyijiqingguiqianyinhefuzhudonglilingyu。zheleiqijianzhichixianjinheweilaideqichedonglixitong，bingqiezhengzaixunsuqudailaojiudeguiMOSFET和絕緣柵雙極晶體管（IGBT)。它們能夠滿足世界上一些最大的二氧化碳（CO2）當量GHG排放源（包括公共汽車
、軌道車輛、中型和重型卡車以及充電基礎設施）的高功率和電壓需求。與矽MOSFET和IGBT相比
，這類器件還可以提供更高的係統效率和可靠性，使設計人員能夠縮小輔助動力裝置（APU）和其他關鍵車輛係統的尺寸。

現今的1700V SiC器件可顯著降低開關損耗，僅有矽IGBT的零頭。這樣，設計人員便能提高開關頻率並縮小功率轉換器的尺寸。與IGBT不同，這些器件沒有拐點電壓，因此對於在“輕載條件”下運行的運輸APU（用於大部分時間都處於關閉狀態的火車門）等係統來說

，導通損耗也較低。絕大多數應用在其大部分使用壽命期間都在輕載條件下運行，因此設計人員可以利用SiC MOSFET的低開關和導通損耗組合省去散熱器等各種熱管理措施。

現今的高壓SiC MOSFET不僅簡化了電路拓撲結構並減少了元件數量，還在降低成本的同時提高了可靠性。這類器件具有1700V阻zu斷duan電dian壓ya
，可ke縮suo小xiao功gong率lv轉zhuan換huan器qi的de尺chi寸cun，並bing使shi設she計ji人ren員yuan能neng夠gou用yong複fu雜za程cheng度du更geng低di的de二er級ji電dian路lu代dai替ti三san級ji電dian路lu架jia構gou。這zhe有you助zhu於yu將jiang器qi件jian數shu量liang減jian少shao一yi半ban甚shen至zhi更geng多duo
，同tong時shi簡jian化hua控kong製zhi邏luo輯ji。

SiC MOSFET的重要注意事項

在選擇適用於重型運輸車輛和其他數兆瓦級應用的SiC MOSFET時，設計人員需要考慮幾個重要因素，其中包括是否使用基於單元電池（也稱為電力電子構件或子模塊）的模塊化解決方案。

過去，單元電池中使用的功率半導體器件一直是1200V到1700V的矽IGBT。與低功率應用十分相似，在單元電池級別部署1700V SiC MOSFET可以提高其功率處理能力和電氣性能。如前麵所述，1700V SiC MOSFET的開關損耗要低得多


，因此可以增加開關頻率並大幅縮小每塊單元電池的尺寸。此外，1700V的高阻斷電壓還可減少達到相同直流鏈路電壓所需的單元電池數量
，最終在降低成本的同時提高係統可靠性。

設計人員還應評估SiC MOSFET的固有體二極管的穩健性。在施加應力前後的漏-源極導通狀態電阻（RDSon）ceshizhong，qijianbuyingbiaoxianchumingxiandebianhua。zheduiyuquebaotamenzaijingguoshuxiaoshidehengdingzhengxiangdianliuyinglihoubuhuijiangjizhiguanzhongyao
，yinweiqijianhuichuandaofanxiangdianliu，bingzaikaiguanzhouqihouduisuoyoushengyunengliangjinxinghuanxiang。butonggongyingshanggongyingdeqijianzhijiancunzaihendadechayi，yincishejirenyuanbixuzaixijianzhaSiC MOSFET測試結果。許多器件表現出至少某種程度的降級，而另一些甚至可能變得不穩定。若選擇不會降級的SiC MOSFET，則無需外部反並聯二極管，並可節省相關管芯成本和電源模塊的空間。

還hai可ke能neng存cun在zai一yi些xie與yu具ju有you不bu同tong程cheng度du潛qian在zai不bu一yi致zhi性xing的de體ti二er極ji管guan性xing能neng相xiang關guan的de挑tiao戰zhan，具ju體ti情qing況kuang因yin器qi件jian而er異yi。這zhe可ke以yi通tong過guo使shi用yong可ke配pei置zhi數shu字zi柵zha極ji驅qu動dong器qi調tiao整zhengSiC MOSFET的導通參數來解決。這些驅動器還可用於減輕SiC MOSFET更快開關速度的次級效應
，包括噪聲和電磁幹擾（EMI），以及由寄生電感和過熱引起的有限短路耐受時間和過壓。可配置數字柵極驅動技術已成為充分發揮SiC技術能力的關鍵。

解決設計難題，同時創造新商機

可配置數字柵極驅動器專為減輕SiC MOSFET更快開關速度的次級效應而設計。與傳統模擬方法相比
，除了可將漏-源極電壓（VDS）過衝降低最高達80%之外，它們還可以將開關損耗降低最多50%
，並將上市時間縮短多達六個月。這些器件具有最高20A的峰值拉/灌電流能力，並配備帶低電容隔離層的隔離式直流/直zhi流liu轉zhuan換huan器qi，可ke用yong於yu脈mai寬kuan調tiao製zhi信xin號hao和he故gu障zhang反fan饋kui。此ci外wai，它ta們men還hai可ke以yi在zai提ti供gong獨du立li短duan路lu響xiang應ying的de同tong時shi實shi現xian穩wen健jian的de故gu障zhang監jian視shi和he檢jian測ce
，與yu僅jin通tong過guo適shi用yong於yu正zheng常chang和he短duan路lu情qing況kuang的de柵zha極ji電dian阻zu控kong製zhi關guan斷duan斜xie坡po的de傳chuan統tong模mo擬ni柵zha極ji驅qu動dong器qi相xiang比bi

，可ke實shi現xian更geng精jing確que的deMOSFET導通/關斷控製。 即使標準模擬柵極驅動器調整後可與SiC MOSFET搭配使用
，它們也無法提供這些功能。

可配置數字柵極驅動器還新增了增強開關功能。這使設計人員能夠探索各種配置
，並將其重複用於不同的柵極驅動器參數（例如柵極開關配置文件
、係統關鍵型監視器和控製器接口設置），congerxianzhusuoduankaifashijian。wuxurenheyingjiangenggaijikekuaisuweigezhongyingyongdingzhizhajiqudongqi


，congersuoduancongpinggudaoshengchandekaifashijian。zaishejiguochengzhong，kongzhicanshukeyisuishixiugai，bingqieshejirenyuanhaikeyigenjuyingyongtiaojianxuqiuhe/或SiC MOSFET的降級情況現場更改開關配置文件。

這zhe些xie增zeng強qiang開kai關guan功gong能neng仍reng在zai不bu斷duan改gai進jin。與yu傳chuan統tong模mo擬ni驅qu動dong器qi的de單dan步bu控kong製zhi相xiang比bi，數shu字zi柵zha極ji驅qu動dong現xian在zai可ke提ti供gong最zui多duo兩liang個ge導dao通tong控kong製zhi步bu驟zhou
，同tong時shi擁yong有you最zui多duo三san個ge關guan斷duan控kong製zhi級ji別bie。這zhe可ke在zai關guan斷duan過guo程cheng中zhong實shi現xian“軟著陸”
，如同腳踩在防抱死係統的製動器上。添加第四個短路設置級別可以更精確地控製SiC開關速度的次級效應
，並解決過衝

、振鈴和關斷能量等變量的問題。利用這些功能，設計人員能夠將更快的開關和更精細的動態多步導通和關斷控製相結合
，從而滿足SiC應用日益增長的需求。

電機控製就是其中一個例子。如果電壓變化率（dV/dt）過高
，電機的預期使用壽命會因此縮短，保修成本也會相應增高。在更高頻率的電機麵世之前，降低SiC開關速度是解決模擬柵極驅動器的這一問題的惟一方法，但這會降低效率。隻有借助數字柵極驅動器的可配置增強導通功能
，才能對dV/dt進行微調，以快速實現最佳的折衷。圖1總結了模擬柵極驅動器和新一代數字柵極驅動器之間的區別。

圖1：傳統模擬柵極驅動器與兩代可配置數字柵極驅動器技術的比較

完整解決方案

全麵的SiC生態係統可滿足從評估一直到生產的各種需求。關鍵元件包括柵極驅動器內核
、模塊適配器板
、SP6LI低電感電源模塊
、安裝硬件以及熱敏電阻和直流電壓連接器。應當為可配置軟件提供編程工具包。

模塊適配器板尤為重要。它們可讓設計人員快速配置和重複使用柵極驅動器導通/關斷電壓
，從而提高靈活性。這適用於許多不同供應商的SiC MOSFET，覆蓋的正負電壓範圍也十分廣泛，無需任何重新設計。即使SiC MOSFETzhiqianyumonizhajiqudongqidapeishiyongyeshiruci。zhixuzhongxinpeizhishuzizhajiqudongqi，shejirenyuanbiankelijijiangjiejuefangantourushengchan。yucitongshi，tamenkeyijixuduizhajiqudongqineihehemokuaishipeiqibanjinxingzuhedapei，bingzunxunxiangtongdeliuchengjiasutourushengchan。tamenkeyiliyonglianjiedaobijibendiannaodeSP6LI低電感電源模塊和相橋臂立即開始測試。

1700V SiC MOSFET電源管理解決方案與數字柵極驅動技術的結合已經對“萬物電氣化”，更具體地說
，對重型運輸車輛產生了巨大影響。這種結合使SiC技(ji)術(shu)能(neng)夠(gou)支(zhi)持(chi)這(zhe)類(lei)車(che)輛(liang)的(de)功(gong)率(lv)轉(zhuan)換(huan)需(xu)求(qiu)，同(tong)時(shi)提(ti)高(gao)效(xiao)率(lv)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)。此(ci)外(wai)

，可(ke)配(pei)置(zhi)數(shu)字(zi)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)提(ti)供(gong)了(le)增(zeng)強(qiang)開(kai)關(guan)功(gong)能(neng)，有(you)助(zhu)於(yu)加(jia)速(su)和(he)簡(jian)化(hua)從(cong)設(she)計(ji)到(dao)生(sheng)產(chan)的(de)整(zheng)個(ge)流(liu)程(cheng)
，同(tong)時(shi)創(chuang)造(zao)一(yi)係(xi)列(lie)新(xin)功(gong)能(neng)，包(bao)括(kuo)根(gen)據(ju)應(ying)用(yong)條(tiao)件(jian)需(xu)求(qiu)和(he)/或SiC MOSFET的降級情況現場更改開關配置文件。

將SiC解決方案整合到整個係統解決方案中之後，可以打造出滿足當今和未來需求的動力係統，大幅減小電氣化地鐵和其他重型運輸車輛中的APU尺chi寸cun
，從cong而er為wei容rong納na更geng多duo付fu費fei乘cheng客ke騰teng出chu更geng多duo空kong間jian。對dui設she計ji人ren員yuan來lai說shuo，最zui受shou歡huan迎ying的de優you勢shi之zhi一yi在zai於yu，將jiang可ke配pei置zhi數shu字zi柵zha極ji驅qu動dong技ji術shu用yong於yu這zhe些xie器qi件jian後hou，不bu再zai需xu要yao將jiang柵zha極ji電dian阻zu焊han接jie到dao電dian路lu板ban上shang來lai改gai變bian行xing為wei參can數shu的de繁fan瑣suo過guo程cheng。現xian在zai，所suo有you這zhe些xie操cao作zuo都dou可ke以yi利li用yong按an鍵jian完wan成cheng，這zhe將jiang有you助zhu於yu更geng快kuai地di實shi現xian“萬物電氣化”。

（來源：Microchip，作者：Nitesh Satheesh/Tomas Krecek/Perry Schugart/Xuning Zhang/Kevin Speer）

推薦閱讀：

可調電容器之挑選指南

探索陶瓷同軸諧振濾波器的基本原理

如何實現高精度測量的節能模數轉換？

PCB 高速電路板 Layout 設計指南

固定比率轉換器在大功率供電係統中的作用