使用碳化硅柵極驅動器可以將能量損失減少30％，同時最大限度地延長系統(tǒng)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(yè)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(tǒng)制造商對提高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正成為關鍵的市場領導地位。從半導體材料的角度來看，該領域已經(jīng)取得了相當大的進步，現(xiàn)在有可以高速切換的產品，在減小尺寸的同時提高了系統(tǒng)級效率。

隨著設備變得越來越小，電源需要跟上步伐。因此，當今的設計師有一個優(yōu)先目標：最大化每體積的功率（W / mm3）。實現(xiàn)此目的的一種方法是使用高性能電源開關。即使仍需要進一步的研發(fā)計劃來提高性能和安全性，即使使用這些寬禁帶（WBG）材料進行設計仍需要額外的工作，但新的電力電子技術的道路已經(jīng)被GaN（氮化鎵）和SiC鋪平了。設計階段。

諸如帶隙（eV），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從使用GaN和SiC等WBG半導體時可以獲得的主要好處。 WBG半導體電源開關模塊的優(yōu)點包括高電流密度，更快的開關速度和更低的漏源電阻（RDS（on））。

SiC將確定幾種工業(yè)應用中的功率速率。它具有3.2電子伏特（eV）的帶隙，并且在相同的封裝尺寸下，使電子在導帶中移動所需的能量提供了更高的電壓性能。較高的工作溫度范圍和導熱系數(shù)可支持高效的熱管理。

許多開關電源應用都采用SiC解決方案來提高能源效率和系統(tǒng)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導致產生噪聲瞬變的操作困難，從而使整個系統(tǒng)效率低下。與硅相比，新技術的化學結構使新設備具有低電荷性能，并有機會快速切換。

隔離式柵極驅動器被廣泛用于驅動MOSFET和IGBT，并提供電流隔離。高于10 kHz的開關頻率在MOSFET和IGBT中很常見。但是，基于SiC和GaN的系統(tǒng)可以在更高的開關頻率下工作，而在過渡期間不會出現(xiàn)明顯的功率損耗。顯著的優(yōu)勢是減小尺寸和減少失真（圖1）。

快速開關會產生瞬態(tài)噪聲，由于閂鎖現(xiàn)象，瞬態(tài)噪聲可能導致調制損失，甚至對系統(tǒng)造成永久性損害。為了解決這個問題，有必要提高用于驅動系統(tǒng)的組件的抗噪性。開關過程中的功率耗散或傳導損耗會產生必須通過散熱片散發(fā)的熱量。散熱器的尺寸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，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，從而承受可能的二次短路。驅動器電路承受這些共模噪聲瞬變的能力由共模瞬變抗擾度（CMTI）定義，以kV / μs表示，它是處理兩個獨立地之間的差分電壓的所有柵極驅動器的關鍵參數(shù)參考（隔離柵極驅動器）。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。勢壘兩端的電容為這些快速瞬變提供了穿越隔離勢壘并破壞輸出波形的路徑。

新型MAX22701E驅動器具有300 kV / μs的高CMTI抗擾度，從而延長了系統(tǒng)正常運行時間。該驅動器設計用于在大功率工業(yè)系統(tǒng)中切換電源，例如太陽能逆變器，電機驅動器和能量存儲系統(tǒng)。 MAX22701E兼容驅動SiC或GaN FET。技術規(guī)范大大減少了停機時間和能源損失。 MAX22701E采用8引腳（3.90mm x 4.90mm）窄體SOIC封裝，溫度范圍為-40至+125攝氏度（圖2）。

圖2：MAX22701E的框圖

較高的CMTI決定了驅動器兩側的正確操作，從而最大程度地減少了誤差，從而使所使用的柵極驅動器的可靠性更高。 CMTI是與隔離器相關的三個關鍵功能之一。其他關鍵特性是傳播延遲匹配和工作電壓。 MAX22701E在高端和低端柵極驅動器之間提供業(yè)界最低的5ns（最大）的部件間傳播延遲匹配。這有助于最小化晶體管的死區(qū)時間并最大化功率效率。該器件可提供3kVRMS的強大電流隔離，持續(xù)60s。

“隨著功率半導體器件（例如SiC和GaN）的不斷發(fā)展和采用，該行業(yè)正在朝著更加節(jié)能和可靠的解決方案發(fā)展。與傳統(tǒng)的MOSFET和IGBT解決方案相比，該設備需要越來越高的高性能開關頻率，在開關瞬態(tài)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，可在嘈雜的環(huán)境中最大化系統(tǒng)電源效率并增加正常運行時間； Maxim Integrated工業(yè)和醫(yī)療保健業(yè)務部高級業(yè)務經(jīng)理Suravi Karmacharya說。

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