什么是碳化硅隔離柵器件?它的作用是什么?Maxim Integrated推出了一款碳化硅(SiC)隔離式柵極驅(qū)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(shè)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(shè)計的電源效率越來越感興趣。能源效率和降低成本的結(jié)合正成為關(guān)鍵的市場領(lǐng)導(dǎo)地位。從半導(dǎo)體材料的角度來看，該領(lǐng)域已經(jīng)取得了相當(dāng)大的進步，現(xiàn)在有可以高速切換的產(chǎn)品，在減小尺寸的同時提高了系統(tǒng)級效率。

隨著設(shè)備變得越來越小，電力供應(yīng)需要跟上步伐。因此，現(xiàn)在的設(shè)計師有一個優(yōu)先目標(biāo):最大限度地提高每體積的功率(W/mm3)。實現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是使用高性能電源開關(guān)。新型電力電子的發(fā)展道路已經(jīng)由氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)鋪設(shè)好了，盡管還需要進一步的研發(fā)項目來提高性能和安全性，盡管在設(shè)計階段使用這些寬禁帶(WBG)材料進行設(shè)計需要額外的工作。

能帶隙(eV)、擊穿場、熱導(dǎo)率、電子遷移率和電子漂移速度等性能是工程師從使用GaN和SiC等WBG半導(dǎo)體中獲得的主要好處。WBG半導(dǎo)體電源開關(guān)模塊的優(yōu)點包括高電流密度、更快的開關(guān)速度和更低的漏源電阻(RDS (on))。

SiC將確定幾種工業(yè)應(yīng)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(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)可支持高效的熱管理。

許多開關(guān)電源應(yīng)用都采用SiC解決方案來提高能源效率和系統(tǒng)可靠性。

電源中的高開關(guān)頻率導(dǎo)致產(chǎn)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(shù)的化學(xué)結(jié)構(gòu)使新設(shè)備具有低電荷性能，并有機會快速切換。

隔離式柵極驅(qū)動器被廣泛用于驅(qū)動MOSFET和IGBT，并提供電流隔離。高于10 kHz的開關(guān)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(guān)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(guān)會產(chǎn)生瞬態(tài)噪聲，由于閂鎖現(xiàn)象，瞬態(tài)噪聲可能導(dǎo)致調(diào)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(qū)動系統(tǒng)的組件的抗噪性。開關(guān)過程中的功率耗散或傳導(dǎo)損耗會產(chǎn)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(qū)動電路引起的，導(dǎo)致短路情況?？刂乒β兽D(zhuǎn)換器的驅(qū)動電路必須設(shè)計成能夠承受這些噪聲源，從而承受可能的二次短路。驅(qū)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(qū)動器的關(guān)鍵參數(shù)參考(隔離柵極驅(qū)動器)。了解和測量對這些瞬變的敏感度是設(shè)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(qū)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(qū)動器設(shè)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(qū)動器和能量存儲系統(tǒng)。 MAX22701E兼容驅(qū)動SiC或GaN FET。技術(shù)規(guī)范大大減少了停機時間和能源損失。 MAX22701E采用8引腳(3.90 x 4.90mm)窄體SOIC封裝，擴展的溫度范圍為-40至+125°C(圖2)。

較高的CMTI決定了驅(qū)動器兩側(cè)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(qū)動器的可靠性更高。 CMTI是與隔離器相關(guān)的三個關(guān)鍵功能之一。 其他關(guān)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(qū)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。以上就是碳化硅隔離柵器件的高效解決方案，希望在設(shè)計的時候能給大家?guī)椭?