 高效电源转换在很大程度上取决于系统中使用的功率半导体器件。由于功率器件不断改进，大功率应用的效率正在越来越高并且尺寸越来越小。IGBT和SiC器件在高压应用领域备受青睐。 相对于硅基器件，SiC MOSFET的宽禁带材料特性使得其能够承受的电压更高，极间电容更小，开关速度快能够降低开关损耗，并且大幅降低滤波器的体积；驱动电压更高导通阻抗更低，更适合大功率场景下使用。 Si MOSFET、SiC MOSFET和IGBT都可以在功率变换中使用。但是它们的特性是很不同的。虽然三者都通过栅极由电压驱动，但是IGBT内部集成了双极性晶体管，因此能以低饱和电压承载较高的电流，实现低导通阻抗。MOSFET也拥有低导通电阻，但是取决于Rdson。SiC MOSFET能够承载的电流要小于IGBT，因此IGBT更适用于高功率应用。SiC的高频应用可以提高功率密度，得到更高的效率并且得到更低的热耗散。  大功率高压应用通常需要隔离，通过隔离能够保证系统和人员的安全。目前主要的隔离类别有三种，分别是光电隔离、电容隔离和磁隔离。光学隔离一般通过光耦，电容隔离利用电场传输信号，磁隔离通过磁场传输信号。   如何确定开关电源的驱动强度？ 驱动强度指的是驱动器的拉电流和灌电流能力。驱动强度取决于开关的栅极电荷。栅极电荷是开关在开通时间内所需的电荷量，即通过电流向电容充电得到的电荷。栅极电荷表现为电流对时间的积分。  栅极电荷在大多数数据表中表现为下图。其中描述了电荷分布到Cgd和Cgs的区域。最关键的地方是米勒平坦区。在该区域对Cgd充电并且GS电压保持恒定。在该区域附近电压电流迅速变化，导致开关损耗。因此驱动器需要在米勒平坦区附近提供最大的驱动强度。栅极驱动器所需功率如下：  分离的输出为何比单个输出更好？ 单个输出拉电流和灌电流共用同一个路径，需要增加二极管，增大栅极回路的阻抗。而分离输出有单独的导通和关断路径，可以独立控制驱动拉电流和灌电流。关断时较低的Rg对器件是有利的，能够放置由于快速开关和米勒电流引起的误导通。  高驱动强度为何有益？ 因为高驱动强度缩短了开通和关断过程，进而减小了开通和关断时由于电压电流交叉带来的损耗。高驱动强度能够保证器件快速开关，提高开关频率。  死区时间为何重要？ 在半桥驱动中，为了避免上下管直通损坏器件破坏电源系统，会在开关状态转换过程中增加死区时间。死区时间受到几个因素的影响。首先是脉冲宽度失真，这是由于上升沿和下降沿的传播延时不一致导致的。传播延时也很重要，特别是在高低侧分别单独驱动时，二者可能发生不匹配。上升和下降时间也可能影响交叠。选择低脉冲宽度失真、低传播延时和短上升短下降时间能够最大程度缩小死区时间，以降低导通损耗。    高UVLO为何对IGBT和SiC MOSFET电源开关运行很重要。UVLO监控了电源的大小，确保电源保持在阈值以上。在输出端，UVLO决定了驱动功率器件的最小电压，如果驱动电压过小会导致开关损耗和导通损耗都比较大。对于SiC器件而言，这种影响更大，低的VGS电压会导致SiC有更大的损耗，缩短寿命。SiC和IGBT通常使用负电压关断以实现更佳的关断性能和可靠性。  抗尖峰滤波在大功率应用中也很重要，驱动器应该滤除干扰，避免微小的脉冲打开功率器件导致出现意外的电压尖峰。干扰抑制通常是20ns~30ns,相应的开关频率为50MHz，该频率不接近IGBT或SiC的常见开关频率。干扰滤波器可以同时抑制正脉冲和负脉冲，防止器件意外导通或者关断。  互锁功能在上下管或半桥应用中很重要，用它来避免两个器件同时导通。逻辑电路用来对上下管的驱动进行互锁，即使用户设定死区时间也无法导通。可以将其视为集成的死区时间功能。  在电源中需要检测功率器件的温度，通常使用热敏电阻或者热敏二极管检测，这样能够及时进行温度保护，避免器件高温影响寿命或者完全损坏。  CMTI共模瞬态抗扰度测量。CMTI是施加在两个隔离电路之间的共模电压Vcm上升或者下降允许的最大速率。该隔离等级与静态隔离或者浪涌等级不同，它以更快的变化率施加。栅极驱动器在每个开关瞬间都会经历高电压摆幅。  隔离式感应很重要。  高dv/dt可能导致导通，因为快速地开通会在下管的米勒电容上产生电流，从而在下管栅极引起电压的波动，当电压大于开启阈值时就有可能出现误导通的情况。为了避免这种情况，需要将下管的关断阻抗进一步降低，可以增加一个低阻抗路径，这样就不容易在栅极形成电压。一些栅极驱动器中会在内部集成一个MOSFET/晶体管用来下拉输出。但这种做法和外部接近功率器件栅极的分离器件相比环路不够小，相对而言寄生电阻和电感也比较大。另外一方面，最好选择负压关断，这样即使栅极存在电压波动也不容易超过开通阈值。    当器件短路时，CE或者DS间会通过大电流并导致CE/DS间电压增大。一般通过退饱和保护功能去判断IGBT是否短路以及是否需要做保护。当进行保护时还需要限制关断时的栅极驱动电流，避免快速关断导致高di/dt进而导致IGBT承受过大的尖峰电压造成器件损坏。对于SiC而言，因为输出曲线中的退饱和点不够明确，因此一般退饱和保护用在IGBT上。退饱和保护要求能够有一定的延时，即存在消隐时间，首先应该保证器件电压在达到最低之前不会被误触发，另外开关过程一般会伴随震荡，如果这时检测就会导致误判。因此需要增加一定的消隐时间再进行判断。   消隐时间必须足够长，以避免误触发，又需要足够短以避免损坏IGBT。因此需要合理选择。二极管需要选择快恢复二极管，避免反向恢复产生错误的信号。  对于SiC，短路电流的检测可以通过外部精密电阻。  |
