由于當今世界對電能的依賴，電力轉(zhuǎn)換正在許多應(yīng)用中實現(xiàn)，如可再生能源、電動汽車充電和自動化工廠，這些應(yīng)用中的高效功率轉(zhuǎn)換在很大程度上取決于功率半導(dǎo)體器件的類型用過的。用于功率轉(zhuǎn)換的寬帶隙器件的引入使高功率器件的效率更高，尺寸更小。碳化硅 MOSFET 和氮化鎵 FET 等器件非常適合高功率應(yīng)用，因為它們具有高阻斷電壓、高電流能力以及更少的傳導(dǎo)和開關(guān)損耗。SiC 和 GaN 提供高開關(guān)頻率功能，可減小電感器、電容器和散熱器的尺寸，
    寬帶隙器件的所有這些優(yōu)勢對充分發(fā)揮這些器件的潛力提出了新的柵極驅(qū)動器設(shè)計挑戰(zhàn)。此類功率器件的效率還主要取決于柵極驅(qū)動器性能。憑借其業(yè)界首款 10-A 光耦合器柵極驅(qū)動器系列（圖 1），Broadcom 旨在滿足高效驅(qū)動功率器件的所有預(yù)期要求。Broadcom 的現(xiàn)場應(yīng)用工程師 Saeed Safari在 electronica 202 的電力電子論壇上談到 SiC 和 GaN 器件如何優(yōu)于傳統(tǒng)硅時說： “要充分利用寬帶隙器件的優(yōu)勢，必須有出色的柵極驅(qū)動器”基于技術(shù)。

    使用 Broadcom 的隔離式柵極驅(qū)動器限度地提高寬帶隙器件效率

    圖 1：Broadcom 的 10-A 隔離式柵極驅(qū)動器光電耦合器
    與驅(qū)動寬帶隙 MOSFET 相關(guān)的挑戰(zhàn)
    短路是電機驅(qū)動器、轉(zhuǎn)換器和逆變器等功率設(shè)備中常見的故障之一。IGBT 和 MOSFET 承受短路的能力有限，這是由于管芯中的高散熱和低熱容量造成的。據(jù) Safari 稱，這個問題對于 SiC MOSFET 更為嚴重，因為高頻開關(guān)導(dǎo)致電流在小芯片尺寸中迅速上升，與 IGBT 相比短路耐受時間更短。因此，縮短測量過電流的時間并選擇能夠快速響應(yīng)此類不良情況的合適電路非常重要。
    Safari 提到的另一個挑戰(zhàn)是處理由寬帶隙設(shè)備中的高功率電平和快速切換引起的高梯度 dV/dt 和高梯度 di/dt 瞬變。由于快速開關(guān)，每個開關(guān)實例都會出現(xiàn)大的 dV/dt 和 di/dt。理想情況下，瞬變應(yīng)迅速消失而不會對系統(tǒng)造成任何損害。然而，實際系統(tǒng)包含寄生電感器和電容器值，這些值會導(dǎo)致瞬態(tài)持續(xù)更長時間并證明對系統(tǒng)具有破壞性。
    與 Si IGBT 相比，SiC MOSFET 還具有更高的溫度系數(shù)，并且需要更高的柵極電壓擺幅。今天可用的每一代 SiC 都需要不同的柵極電壓，范圍從 15 V 到 20 V 用于開啟，從 –3 V 到 –5 V 用于關(guān)閉。除了前面的幾點，Safari 表示“SiC MOSFET 的導(dǎo)通電阻在 15 V 時不會降低，并且需要負電壓軌以獲得更好的關(guān)斷性能和可靠性?！?br>    Broadcom 的隔離式柵極驅(qū)動器可有效驅(qū)動 SiC 和 GaN 器件
    Broadcom 的第二代基于光耦合器的柵極驅(qū)動器聲稱可提供更高的 dV/dt 隔離勢壘、在高溫條件下工作的能力以及高效的柵極驅(qū)動解決方案。
    “Broadcom 提供完整的產(chǎn)品系列，從更簡單的設(shè)備到高度集成的設(shè)備，可用于簡化設(shè)計并提供驅(qū)動 SiC 功率 MOSFET 時所需的關(guān)鍵功能，”Safari 說，并補充說它還確保“加強電絕緣在高壓和功率半導(dǎo)體器件的控制電路之間?！?br>    為了處理 SiC MOSFET 中的短路故障，Broadcom 的隔離式柵極驅(qū)動器集成了具有快速響應(yīng)時間的短路保護功能，并允許用戶控制響應(yīng)時間以適合其半導(dǎo)體應(yīng)用。此外，這些驅(qū)動器在故障情況下提供可調(diào)節(jié)的軟關(guān)斷和有源米勒鉗位功能以防止擊穿。
    談到 EV 領(lǐng)域的應(yīng)用，例如 EV 充電和 EV 動力傳動系統(tǒng)，Safari 表示，“我們 [Broadcom] 是家推出能夠承受高達 125C 溫度的塑料光耦合器用于汽車應(yīng)用的供應(yīng)商。” Broadcom 的汽車產(chǎn)品符合 AEC-Q100 標準，汽車柵極驅(qū)動器目前在公司的路線圖中。
    Safari 展示了由 Broadcom 提供的 ACPL-355JC 10-A 柵極驅(qū)動器光電耦合器，它是一款靈活且用戶友好的驅(qū)動器，可加快客戶解決方案的上市時間。例如，兩個 SiC 模塊——一個來自英飛凌，另一個來自 Wolfspeed——由基于 ACPL-355JC 的驅(qū)動器驅(qū)動（見圖 2）。從獲得的實驗結(jié)果來看，兩個模塊均由各自數(shù)據(jù)表中給出的開啟和關(guān)閉能量驅(qū)動。這證實了 Broadcom 的驅(qū)動程序有助于從這些 SiC 模塊中獲得性能。

    使用 Broadcom 的隔離式柵極驅(qū)動器限度地提高寬帶隙器件效率

    圖 2：連接 Broadcom 的 ACPL-355JC 以驅(qū)動 Infineon 和 Wolfspeed 的 SiC 模塊
    在演示結(jié)束時，Safari 提到 Broadcom 提供半橋評估板，其中 Broadcom 的 ACFL-3161 驅(qū)動 STMicroelectronics 的 SiC MOSFET。ACFL-3161 是一款基本的 10A 柵極驅(qū)動器光耦合器，具有單通道輸出。該評估板可以針對各種拓撲進行測試，包括降壓和升壓配置，效率高達 99%。Safari 表示，評估板連同布局、原理圖和參考設(shè)計均可訂購，以幫助用戶測試其完整的解決方案。