【導讀】隨著電動汽車 (EV) 製造商競相開發成本更低、xingshilichenggengchangdechexing，dianzigongchengshimianlinjiangdiqianyinnibianqigonglvsunhaohetigaoxitongxiaolvdeyali，zheyangkeyiyanchangxingshilichengbingzaishichangzhonghuodejingzhengyoushi。gonglvsunhaoyuedizexiaolvyuegao
，yinweitahuiyingxiangxitongrexingneng，jineryingxiangxitongzhongliang、尺chi寸cun和he成cheng本ben。隨sui著zhe開kai發fa的de逆ni變bian器qi功gong率lv級ji別bie更geng高gao，每mei輛liang汽qi車che的de電dian機ji數shu量liang增zeng加jia，以yi及ji卡ka車che朝chao著zhe純chun電dian動dong的de方fang向xiang發fa展zhan，人ren們men將jiang持chi續xu要yao求qiu降jiang低di係xi統tong功gong率lv損sun耗hao。

過去
，牽引逆變器使用絕緣柵雙極晶體管 (IGBT)。然而

，隨著半導體技術的進步，碳化矽 (SiC) 金屬氧化物半導體場效應晶體管具有比IGBT更高的開關頻率，不僅可以通過降低電阻和開關損耗提高效率，還可以增加功率和電流密度。在EV牽引逆變器中驅動 SiC
，尤其是在功率級別>100kW和使用800V電壓母線的情況下
，係統需要一款具有可靠隔離技術、高驅動能力以及故障監控和保護功能的隔離式柵極驅動器。

牽引逆變器係統中的隔離式柵極驅動器

圖1所示的隔離式柵極驅動器集成電路是牽引逆變器電力輸送解決方案不可或缺的一部分。柵極驅動器提供從低壓到高壓（輸入到輸出）的電隔離，驅動基於SiC或IGBT的三相電機半橋的高側和低側功率級

，並能夠在發生各種故障時實現監控和保護。

圖 1：EV 牽引逆變器方框圖

SiC米勒平台和高強度柵極驅動器的優勢

針對SiC，柵極驅動器必須盡可能降低包括開啟和關斷能量在內的導通和關斷損耗。MOSFET 數據表包含柵極電荷特性
，在開通曲線上

，有一部分區域平坦且水平，稱為米勒平台，如圖2所示。MOSFET在導通和關斷狀態間耗費的時間越長
，損耗的功率就越多。

圖 2：MOSFET 導通特性和米勒平台

當SiC MOSFET開關時
，柵源電壓 (V_GS) 通過柵源閾值 (V_GSTH)
，被鉗位於米勒平台電壓 (V_plt) 保持不變，因為電荷和電容是固定的。要使MOSFET開關，需要增加或去除足夠的柵極電荷。隔離柵極驅動器必須以大電流驅動MOSFET柵極，從而增加或去除柵極電荷，進而減少功率損耗。通過公式1對隔離柵極驅動器將增加或去除的所需SiC MOSFET電荷進行了計算，表明MOSFET柵極電流與柵極電荷成正比：

其中，I_GATE是隔離柵極驅動器IC電流，t_SW是MOSFET的導通時間。

對於≥150kW的牽引逆變器應用
，隔離柵極驅動器應具有> 10A的驅動能力
，這樣可在米勒平台區域內以高壓擺率對SiC MOSFET進行開關
，同時達到更高的開關頻率。SiC MOSFET具有較低的反向恢複電荷 (Q_rr) 和在高溫下更穩定的導通電阻 (R_DS(on))
，可實現更高的開關速度。MOSFET在米勒平台停留的時間越短，功率損耗和自發熱就越低。

TI的UCC5870-Q1和UCC5871-Q1是高驅動電流
、符合TI功能安全標準的30A柵極驅動器，具有基本隔離或增強隔離等級功能
，以及用於與微控製器進行故障通信的SPI串行外設接口數字總線。圖3對UCC5870-Q1和一同類競爭柵極驅動器間的SiC MOSFET導通情況進行了比較。UCC5870-Q1柵極驅動器的峰值電流為39A，並在米勒平台保持30A的電流，導通速度非常快。通過比較兩個驅動器之間的藍色V_GATE波形斜率，也可明顯看出其導通速度更快。米勒平台電壓為10V時，UCC5870-Q1的柵極驅動器電流為 30A，而同類競爭器件的柵極驅動器電流為8A。

圖 3：比較TI的隔離式柵極驅動器與同類競爭器件在導通SiC MOSFET方麵的情況

隔離柵極驅動器的功率損耗來源

對柵極驅動器米勒平台的比較也涉及柵極驅動器中的開關損耗，如圖4所示。通過比較發現
，驅動器的開關損耗差異高達0.6W。開關損耗是逆變器總體功率損耗的重要部分
，因此，很有必要使用大電流柵極驅動器。 

圖 4：柵極驅動器開關損耗與開關頻率之間的關係

熱耗散

功率損耗會導致溫度升高，因此需要使用外部散熱器或更厚的印刷電路板 (PCB) 銅層，這會使係統熱管理問題變得更加複雜。高驅動力有助於降低柵極驅動器的管殼溫度

，因此不需要成本很高的散熱器或額外的PCB接地層來降低柵極驅動器的IC溫度。在圖5所示的熱圖像中
，由於UCC5870-Q1的開關損耗較低，且在米勒平台的驅動電流較高，因此其運行溫度降低了15℃。

圖 5：UCC5870-Q1和同類競爭柵極驅動器在驅動SiC FET方麵的熱耗散

結語

隨著EV牽引逆變器的功率增至150kW以上
，選擇在米勒平台區域具有超高驅動能力的隔離式柵極驅動器可減少SiC MOSFET的功率損耗，實現更快的開關頻率
，從而提高效率，增加全新EV車型的行駛裏程。同時，TI符合功能安全標準的UCC5870-Q1和UCC5871-Q1 30A 柵極驅動器提供了大量設計支持工具來幫助簡化設計。

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

如何使用Python編程語言和ADALM2000創建虛擬示波器

TDK如何助力於無線耳機音質的不斷發展？

完整教程：設計一款小巧但強大的傳感器

深度解讀鎖存器和開關技術及其應用

如何加速USB快充電池充電器設計