在歐盟 2035 年零排放目標(biāo)等一系列雄心勃勃的計(jì)劃推動(dòng)下，范圍內(nèi)從化石燃料向電動(dòng)汽車(chē)（EV）的轉(zhuǎn)型正在以前所未有的速度加速進(jìn)行。為了在市場(chǎng)中吸引消費(fèi)者，電動(dòng)汽車(chē)必須具備足夠的續(xù)航里程，支持快速充電，同時(shí)還要保證價(jià)格經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。在這一變革進(jìn)程中，碳化硅（SiC）半導(dǎo)體，尤其是 MOSFET 器件，成為了大幅提升電力電子性能的關(guān)鍵技術(shù)。

SiC MOSFET 的優(yōu)勢(shì)

在高壓應(yīng)用場(chǎng)景中，SiC MOSFET 的性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)硅器件。具體而言，它具有能效更高、開(kāi)關(guān)速度更快以及熱損耗更低等顯著特點(diǎn)。借助 SiC MOSFET 技術(shù)，主驅(qū)逆變器和車(chē)載充電器（OBC）能夠在保持高能效和峰值功率的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)更為緊湊的模塊設(shè)計(jì)。這種緊湊設(shè)計(jì)不僅可以減輕整車(chē)重量，還能有效提升車(chē)內(nèi)空間利用率，為電動(dòng)汽車(chē)的整體性能提升帶來(lái)積極影響。

安森美 EliteSiC MOSFET 經(jīng)歷了技術(shù)演進(jìn)，如圖 1 所示：

圖 1: 安森美 EliteSiC MOSFET 的技術(shù)演進(jìn)
左：M1 技術(shù) (平面方形單元)
中：M2 技術(shù) (采用薄晶圓技術(shù)的平面細(xì)長(zhǎng)六角單元)
右：M3S 技術(shù) (平面條帶單元，薄晶圓技術(shù)，單位單元數(shù)量顯著減少)

提升電動(dòng)汽車(chē)應(yīng)用的性能

在電動(dòng)汽車(chē)的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域，SiC MOSFET 正逐漸取代 Si MOSFET、二極管和 IGBT 等傳統(tǒng)器件。雖然 IGBT 技術(shù)因其成本優(yōu)勢(shì)仍然廣泛應(yīng)用于中低端電動(dòng)汽車(chē)，但 SiC 器件憑借更高的開(kāi)關(guān)頻率，能夠有效降低導(dǎo)通損耗和開(kāi)關(guān)損耗，從而提升能效，并實(shí)現(xiàn)更高的功率和電流密度。

采用安森美（onsemi）的 EliteSiC MOSFET 后，開(kāi)發(fā)者不僅可以構(gòu)建支持 800 V 電池電壓的 22 kW OBC 功率級(jí)，還能夠打造 HV - LVDC - DC 轉(zhuǎn)換器，將 400 V 或 800 V 電池的高電壓降至 12 V 低壓電網(wǎng)。為了充分發(fā)揮 SiC MOSFET 的性能優(yōu)勢(shì)，其他系統(tǒng)元件（如柵極驅(qū)動(dòng)器）需要針對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

主驅(qū)逆變器和市場(chǎng)增長(zhǎng)

主驅(qū)逆變器是電動(dòng)汽車(chē)中的關(guān)鍵部件，其主要功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電以驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在這個(gè)領(lǐng)域，SiC 器件正在逐步取代傳統(tǒng)的 IGBT。IDTechEx 預(yù)測(cè)，到 2035 年，SiC MOSFET 將成為電動(dòng)汽車(chē)逆變器市場(chǎng)的主流技術(shù)。此類(lèi)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(dá) 200 A，功率范圍為 50 kW 至 250 kW 甚至更高。

同時(shí)，IDTechEx 還預(yù)測(cè)，到 2035 年，電動(dòng)汽車(chē)電力電子器件的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 360 億美元，2025 至 2035 年間的復(fù)合年增長(zhǎng)率（CAGR）將高達(dá) 17%。這表明電動(dòng)汽車(chē)電力電子器件市場(chǎng)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

柵極驅(qū)動(dòng)器的作用

采用 SiC MOSFET 的高性能電力系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)能效，必須配備具有高拉電流和灌電流峰值能力的隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器。柵極驅(qū)動(dòng)器負(fù)責(zé)控制 SiC MOSFET 等功率晶體管的開(kāi)關(guān)速度，它能夠提供快速切換所需的精準(zhǔn)柵極電壓（VGS）和電流，對(duì)于有效降低開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗至關(guān)重要。

安森美的 NCV51752 是一款單通道柵極驅(qū)動(dòng)器，其內(nèi)部電路簡(jiǎn)化框圖如圖 2 所示：

圖 2:NCV51752 內(nèi)部電路簡(jiǎn)化框圖

專(zhuān)用柵極驅(qū)動(dòng)器為 MOSFET 柵極提供必要的電壓和驅(qū)動(dòng)電流，并集成低壓側(cè)和高壓側(cè)之間所需的隔離柵。這類(lèi)驅(qū)動(dòng)器通過(guò)實(shí)現(xiàn)電氣隔離、獨(dú)立欠壓鎖定和多種故障保護(hù)機(jī)制等特性，能夠有效提升系統(tǒng)的可靠性、電路穩(wěn)健性和運(yùn)行安全性。

集成負(fù)偏壓控制的隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器

安森美的 NCV51752 用于驅(qū)動(dòng) SiC MOSFET，能夠確保開(kāi)關(guān)快速可靠。憑借 36 ns 的短傳播延遲和 200 V/ns 的高 dV/dt 抗擾度，NCV51752 能夠有效提升 SiC 系統(tǒng)的性能。其典型示例原理圖如圖 3 所示：

圖 3: 能夠產(chǎn)生負(fù)偏壓的 NCV51752 柵極驅(qū)動(dòng)器的典型示例原理圖

SiC MOSFET 是高速開(kāi)關(guān)器件，可能產(chǎn)生高擺率，導(dǎo)致器件因米勒電容效應(yīng)而觸發(fā)寄生導(dǎo)通。NCV51752 通過(guò)在關(guān)斷期間將 VGS 拉至 0V 以下來(lái)避免此問(wèn)題，防止誤導(dǎo)通，而且無(wú)需外接負(fù)偏壓軌，從而節(jié)省整體系統(tǒng)成本。

綜上所述，SiC 和高性能柵極驅(qū)動(dòng)器正在革新電動(dòng)汽車(chē)電力系統(tǒng)，為其帶來(lái)更高的能效、更快的開(kāi)關(guān)速度和更優(yōu)越的性能。隨著電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的持續(xù)增長(zhǎng)，這些技術(shù)將在滿(mǎn)足消費(fèi)者期望和符合監(jiān)管目標(biāo)方面發(fā)揮關(guān)鍵作用，引領(lǐng)可持續(xù)交通出行的未來(lái)發(fā)展。