然而,虽然这些优势使得GaN和SiC功率开关对设计人员极具吸.PDFVIP

技术文章 新型功率开关技术和隔离式 Maurice Moroney 市场经理 栅极驱动器不断变化的格局 ADI公司 然而，虽然这些优势使得GaN和SiC功率开关对设计人员极具吸 | 分享至LinkedIn | 电子邮件 引力，但这种好处并非毫无代价。最主要的代价是成本提高， 这种器件的价格比同等MOSFET/IGBT产品高出好几倍。IGBT和 ( ) ( ) 基于碳化硅SiC 和氮化镓GaN 等材料的新型功率开关技术的出 MOSFET生产是一种发展良好且极易掌握的过程，这意味着与其 现促使性能大幅提升，超越了基于MOSFET和IGBT技术的传统系 新对手相比，其成本更低、价格竞争力更高。目前，与其传统 统。更高的开关频率将减小元件尺寸，从而减小成本、系统尺 对手相比，SiC和GaN器件的价格仍然高出数倍，但其价格竞争 寸和重量；这些是汽车和能源等市场中的主要优势。新型功率 力正在不断提高。许多专家和市场调查报告已经表明，必须在 开关还将促使其控制元件发生变化，其中包括栅极驱动器。本 广泛应用前大幅缩小价格差距。即使缩小了价格差距，新型功 文将探讨GaN和SiC开关与IGBT/MOSFET的一些主要差异，以及栅 率开关也不太可能立即实现大规模应用，甚至从长期预测来 极驱动器将如何为这些差异提供支持。 看，传统开关技术也仍将在未来一段时间内继续占据大部分 多年来，功率输出系统的功率开关技术选择一直非常简单。在 市场。 ( ) 低电压水平通常为600 V以下 ，通常会选择MOSFET ；在高电压 除纯成本和财务因素外，技术因素也会有一些影响。更高的开 水平，通常会更多地选择IGBT 。随着氮化镓和碳化硅形式的新 关速度和工作温度可能非常适合GaN/SiC开关，但是它们仍然会 型功率开关技术的出现，这种情况正面临威胁。 为完成功率转换信号链所需的周边IC支持器件带来问题。隔离 这些新型开关技术在性能方面具有多项明显优势。更高的开关 系统的一种典型信号链如图1所示。虽然更高的开关速度会对 频率可减小系统尺寸和重量，这对太阳能面板等能源应用中使 控制转换的处理器和提供反馈回路的电流检测系统产生影响， 用的光伏逆变器以及汽车等目标市场非常重要。开关速度从 但本文的其余部分将重点讨论为功率开关提供控制信号的栅极 20 kHz提高至100 kHz可大幅减小变压器重量，从而使电动汽车的 驱动器所遇到的变化。 电机更轻，而且还能扩大太阳能应用中所用的逆变器的范围， 减小其尺寸，从而使其更适合国内应用。另外，更高的工作温 ( ) 度尤其是GaN器件和更低的开启驱动要求还可简化系统架构师 的