【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
，並且使用這些寬帶隙 (WBG) 材料進行設計需要在設計過程中進行額外的工作

，但氮化镓 (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，同時限度地延長係統正常運行時間。

Maxim Integrated 推出了一款碳化矽 (SiC) 隔離式柵極驅動器，用於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%。

係統製造商對提高其設計的電源效率越來越感興趣；能(neng)源(yuan)效(xiao)率(lv)和(he)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)的(de)結(jie)合(he)對(dui)於(yu)市(shi)場(chang)領(ling)導(dao)地(di)位(wei)變(bian)得(de)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。從(cong)半(ban)導(dao)體(ti)材(cai)料(liao)的(de)角(jiao)度(du)來(lai)看(kan)，這(zhe)一(yi)領(ling)域(yu)已(yi)經(jing)取(qu)得(de)了(le)相(xiang)當(dang)大(da)的(de)進(jin)展(zhan)，現(xian)在(zai)已(yi)經(jing)有(you)了(le)可(ke)以(yi)高(gao)速(su)開(kai)關(guan)的(de)產(chan)品(pin)，提(ti)高(gao)了(le)係(xi)統(tong)級(ji)效(xiao)率(lv)，同(tong)時(shi)縮(suo)小(xiao)了(le)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)尺(chi)寸(cun)。

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，並且使用這些寬帶隙 (WBG) 材料進行設計需要在設計過程中進行額外的工作，但氮化镓 (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。基於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矽更高的電壓性能。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係統可靠性。

圖 1：隔離式柵極驅動器的一般框圖

電(dian)源(yuan)中(zhong)的(de)高(gao)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)會(hui)導(dao)致(zhi)產(chan)生(sheng)噪(zao)聲(sheng)瞬(shun)變(bian)的(de)操(cao)作(zuo)困(kun)難(nan)，從(cong)而(er)導(dao)致(zhi)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)效(xiao)率(lv)低(di)下(xia)。與(yu)矽(gui)的(de)化(hua)學(xue)結(jie)構(gou)相(xiang)比(bi)
，新(xin)技(ji)術(shu)的(de)化(hua)學(xue)結(jie)構(gou)使(shi)得(de)新(xin)器(qi)件(jian)具(ju)有(you)低(di)電(dian)荷(he)和(he)快(kuai)速(su)開(kai)關(guan)的(de)特(te)性(xing)。

隔離柵極驅動器廣泛用於驅動 MOSFET 和 IGBT 並提供電流隔離。MOSFET 和 IGBT 的開關頻率通常高於 10 kHz。然而
，基於 SiC 和 GaN 的係統可以在更高的開關頻率下運行，並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）。

kuaisukaiguanhuichanshengzaoshengshunbian，congerdaozhishuansuo
，congerdaozhitiaozhisunshishenzhixingxitongsunhuai。weilejiejuezhegewenti

，xuyaotigaoyongyuqudongxitongdeyuanjiandekangzaoshengnengli。ciwai
，yukaiguanxiangguandegonghaohechuandaosunhaohuichanshengbixutongguosanreqisanfadereliang，congerzengjialejiejuefangandechicun。

這zhe些xie瞬shun變bian的de強qiang度du可ke能neng是shi由you寄ji生sheng脈mai衝chong門men的de驅qu動dong電dian路lu引yin起qi的de，從cong而er導dao致zhi短duan路lu情qing況kuang。控kong製zhi功gong率lv轉zhuan換huan器qi的de驅qu動dong電dian路lu必bi須xu設she計ji成cheng能neng夠gou承cheng受shou這zhe些xie噪zao聲sheng源yuan，從cong而er避bi免mian二er次ci短duan路lu。驅qu動dong器qi電dian路lu承cheng受shou共gong模mo噪zao聲sheng瞬shun態tai的de能neng力li是shi其qi共gong模mo瞬shun態tai抗kang擾rao度du (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並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，從而延長係統正常運行時間。該驅動器專為高功率工業係統中的開關電源而設計
，例如太陽能逆變器、電機驅動器和儲能係統。MAX22701E 與 SiC 和 GaN 兼容，可驅動基於任一 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，工作溫度範圍為 –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）。這有助於限度地減少晶體管的死區時間並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，並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，可限度地提高係統電源效率並增加嘈雜環境中的正常運行時間。”

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