SiC MOSFET 的優勢
在高壓應用中，SiC MOSFET 的性能優於傳統矽器件，具體表現為能效更高、開關速度更快、熱損耗更低。藉助這項技術，主驅逆變器和車載充電器（OBC）能夠在保持高能效和峰值功率的同時，實現更緊湊的模組設計，從而減輕整車重量，提升空間利用率。
圖1：安森美EliteSiC MOSFET的技術演進
左：M1 技術（平面方形單元）
M2 技術（採用薄晶圓技術的平面細長六角單元）
右：M3S 技術（平面條帶單元，薄晶圓技術，單位單元數量顯著減少）
提升電動汽車應用的性能
在電動車的關鍵應用中，SiC MOSFET 正逐漸取代 Si MOSFET、二極體和 IGBT。雖然 IGBT 技術因其成本優勢仍廣泛應用於中低端電動車，但 SiC 元件憑藉更高的開關頻率，降低了導通損耗和開關損耗，提升了能效，並實現了更高的功率和電流密度。
採用安森美 (onsemi)使用EliteSiC MOSFET後，開發者不僅可以構建支持800 V電池電壓的22 kW OBC功率級，還能打造HV-LV DC-DC轉換器，將400 V或800 V電池的高電壓降至12 V低壓電網。為了充分發揮SiC MOSFET的性能優勢，其他系統元件（如柵極驅動器）應針對這項技術進行優化。
主驅逆變器與市場成長
主驅逆變器是電動汽車中的關鍵元件，用於將直流電轉換為交流電以驅動電機。在這個領域，SiC元件正逐步取代傳統的IGBT。IDTechEx預測，到2035年，SiC MOSFET 將成為電動汽車逆變器市場的主流技術。此類逆變器需要使用額定電壓為600 V 至1200 V 的高壓元件，每相工作電流峰值高達200 A，功率範圍為50 kW 至250 kW 甚至更高。
IDTechEx還預測，到2035年，電動車電力電子元件的全球市場規模將達到360億美元，2025至2035年間的複合年增長率（CAGR）將高達17%。
柵極驅動器的作用
採用SiC MOSFET的高性能電力系統為了實現最佳能效，必須配備具有高拉電流和灌電流峰值能力的隔離式閘極驅動器。閘極驅動器負責控制SiC MOSFET等功率晶體管的開關速度，提供快速切換所需的精準閘極電壓(VGS)和電流，對於有效降低開關損耗和導通損耗至關重要。
圖2：NCV51752內部電路簡化框圖
專用閘極驅動器為MOSFET閘極提供必要的電壓和驅動電流，並整合低壓側與高壓側之間所需的隔離閘。這類驅動器透過實現電氣隔離、獨立欠壓鎖定以及多種故障保護機制等特性，提升了系統的可靠性、電路穩健性和運行安全性。
集成負偏壓控制的隔離式閘極驅動器
安森美的NCV51752是一款單通道柵極驅動器，用於驅動SiC MOSFET，確保開關快速且可靠。憑藉36 ns的短傳播延遲和200 V/ns的高dV/dt抗干擾能力，NCV51752能夠有效提升SiC系統的性能，並且透過整合的負偏壓控制和高隔離電壓，進一步提高可靠性與安全性。
圖3：能夠產生負偏壓的NCV51752閘極驅動器的典型範例原理圖
SiC MOSFET 是一種高速開關元件，可能會產生高擺率，導致元件因米勒電容效應而觸發寄生導通。NCV51752 通過在關斷期間將 VGS 拉至 0V 以下來避免此問題，防止誤導通，並且無需外接負偏壓軌，從而節省整體系統成本。
SiC和高性能閘極驅動器正在革新電動汽車的電力系統，帶來更高的能源效率、更快的切換速度以及更卓越的性能。隨著電動汽車市場持續增長，這些技術將在滿足消費者期望和符合監管目標方面發揮關鍵作用，引領永續交通運輸的未來發展。
參考來源