簡介
在電動汽車、光伏逆變器和大功率電動汽車直流充電器等高效節能應用中，碳化矽（SiC）器件因其優越的性能而被廣泛採用。SiC 器件具有高開關頻率、高開通關斷速度和低開通關斷損耗等特性，這使得它們在高效能和高功率密度的應用中表現出色。然而，這些特性也使得驅動電源的設計變得更加複雜，並對其可靠性提出了更高的要求。
一、三相半橋逆變器隔離驅動電源架構
三相半橋逆變器通常由六個開關管（如 SiC MOSFET）組成，每個開關管都需要一個驅動偏置電源來控制其開關狀態。隔離驅動偏置電源的設計是確保系統安全和可靠運行的關鍵，以下是幾種常見的隔離驅動電源架構及其優劣勢分析。
1.1 集中式隔離電源架構
如圖 1.1 所示，該架構因外圍元器件少、成本低的優勢，成為通用 SiC 控制的主流選擇。然而，為了滿足隔離耐壓的要求，其變壓器通常體積較大。此外，由於該架構採用多路輸出設計，最外層輸出繞組在負載電流變化時，電壓波動尤為明顯。這種多路輸出的特性還導致變壓器的耦合電容較大，在 SiC 開關狀態切換時，容易因共模電壓變化引發共模電流問題，這種共模電流不僅對原邊電路產生干擾，還可能對系統的電磁兼容性（EMC）造成不利影響。 此外，該架構的設計還存在一些局限性。例如，其複雜的 PCB 布線增加了設計難度，同時無安全冗餘設計。這使得該架構在汽車領域的應用範圍受到一定限制，通常僅用於小功率級場景，如電空調等不涉及高功能安全的應用。
▲ 圖 1.1
1.2 半分布式隔離電源架構
如圖1.2 所示，在半分布式架構中由四個變壓器組成。這種設計為每個高邊柵極驅動器提供獨立的隔離電源，而底邊柵極驅動器則共用一個隔離電源。該架構的主要優勢在於變壓器的繞組結構相對簡單，體積較小，同時便於 PCB 布局設計。此外，這種設計能夠為柵極驅動器提供更高質量的電源支持。然而，這種方案也存在一定的不足之處，例如外圍元器件的數量顯著增加，導致整體成本上升。此外，由於缺乏安全冗餘，系統的可靠性在某些應用場景中可能受到限制。
▲ 圖 1.2
1.3 分布式隔離電源架構
在圖 1.3 中展示的分布式架構由六個變壓器組成。這種設計為每個柵極驅動器單獨提供獨立的隔離電源，具有多方面的優勢。首先，變壓器的繞組結構相對簡單，體積小巧，這不僅有助於優化 PCB 的布局設計，還能有效節省空間。其次，儘管外圍元器件的數量有所增加，導致成本上升，但這種設計通過簡化的布局提升了整體的電源質量，同時滿足了高安全性和冗餘性的要求。因此，該架構在性能與可靠性之間實現了良好的平衡，常用於汽車逆變器等高功能安全應用。
▲ 圖 1.3
二、總結
在本文中，我們探討了三相半橋 SiC 驅動供電電源的架構設計，分析三種主要架構的特點、優勢與不足，並結合實際應用場景提供針對性的建議，幫助工程師在設計 SiC 方案時選擇最優的解決方案，以滿足不同應用需求並提升系統性能。
三、參考文獻
(1) Onsemi SIC Application Manual.pdf
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