由于当今世界对电能的依赖，电力转换正在许多应用中实现，如可再生能源、电动汽车充电和自动化工厂，这些应用中的高效功率转换在很大程度上取决于功率半导体器件的类型用过的。用于功率转换的宽带隙器件的引入使高功率器件的效率更高，尺寸更小。碳化硅 MOSFET 和氮化镓 FET 等器件非常适合高功率应用，因为它们具有高阻断电压、高电流能力以及更少的传导和开关损耗。SiC 和 GaN 提供高开关频率功能，可减小电感器、电容器和散热器的尺寸，
    宽带隙器件的所有这些优势对充分发挥这些器件的潜力提出了新的栅极驱动器设计挑战。此类功率器件的效率还主要取决于栅极驱动器性能。凭借其业界首款 10-A 光耦合器栅极驱动器系列（图 1），Broadcom 旨在满足高效驱动功率器件的所有预期要求。Broadcom 的现场应用工程师 Saeed Safari在 electronica 202 的电力电子论坛上谈到 SiC 和 GaN 器件如何优于传统硅时说： “要充分利用宽带隙器件的优势，必须有出色的栅极驱动器”基于技术。

    使用 Broadcom 的隔离式栅极驱动器限度地提高宽带隙器件效率

    图 1：Broadcom 的 10-A 隔离式栅极驱动器光电耦合器
    与驱动宽带隙 MOSFET 相关的挑战
    短路是电机驱动器、转换器和逆变器等功率设备中常见的故障之一。IGBT 和 MOSFET 承受短路的能力有限，这是由于管芯中的高散热和低热容量造成的。据 Safari 称，这个问题对于 SiC MOSFET 更为严重，因为高频开关导致电流在小芯片尺寸中迅速上升，与 IGBT 相比短路耐受时间更短。因此，缩短测量过电流的时间并选择能够快速响应此类不良情况的合适电路非常重要。
    Safari 提到的另一个挑战是处理由宽带隙设备中的高功率电平和快速切换引起的高梯度 dV/dt 和高梯度 di/dt 瞬变。由于快速开关，每个开关实例都会出现大的 dV/dt 和 di/dt。理想情况下，瞬变应迅速消失而不会对系统造成任何损害。然而，实际系统包含寄生电感器和电容器值，这些值会导致瞬态持续更长时间并证明对系统具有破坏性。
    与 Si IGBT 相比，SiC MOSFET 还具有更高的温度系数，并且需要更高的栅极电压摆幅。今天可用的每一代 SiC 都需要不同的栅极电压，范围从 15 V 到 20 V 用于开启，从 –3 V 到 –5 V 用于关闭。除了前面的几点，Safari 表示“SiC MOSFET 的导通电阻在 15 V 时不会降低，并且需要负电压轨以获得更好的关断性能和可靠性。”
    Broadcom 的隔离式栅极驱动器可有效驱动 SiC 和 GaN 器件
    Broadcom 的第二代基于光耦合器的栅极驱动器声称可提供更高的 dV/dt 隔离势垒、在高温条件下工作的能力以及高效的栅极驱动解决方案。
    “Broadcom 提供完整的产品系列，从更简单的设备到高度集成的设备，可用于简化设计并提供驱动 SiC 功率 MOSFET 时所需的关键功能，”Safari 说，并补充说它还确保“加强电绝缘在高压和功率半导体器件的控制电路之间。”
    为了处理 SiC MOSFET 中的短路故障，Broadcom 的隔离式栅极驱动器集成了具有快速响应时间的短路保护功能，并允许用户控制响应时间以适合其半导体应用。此外，这些驱动器在故障情况下提供可调节的软关断和有源米勒钳位功能以防止击穿。
    谈到 EV 领域的应用，例如 EV 充电和 EV 动力传动系统，Safari 表示，“我们 [Broadcom] 是家推出能够承受高达 125C 温度的塑料光耦合器用于汽车应用的供应商。” Broadcom 的汽车产品符合 AEC-Q100 标准，汽车栅极驱动器目前在公司的路线图中。
    Safari 展示了由 Broadcom 提供的 ACPL-355JC 10-A 栅极驱动器光电耦合器，它是一款灵活且用户友好的驱动器，可加快客户解决方案的上市时间。例如，两个 SiC 模块——一个来自英飞凌，另一个来自 Wolfspeed——由基于 ACPL-355JC 的驱动器驱动（见图 2）。从获得的实验结果来看，两个模块均由各自数据表中给出的开启和关闭能量驱动。这证实了 Broadcom 的驱动程序有助于从这些 SiC 模块中获得性能。

    使用 Broadcom 的隔离式栅极驱动器限度地提高宽带隙器件效率

    图 2：连接 Broadcom 的 ACPL-355JC 以驱动 Infineon 和 Wolfspeed 的 SiC 模块
    在演示结束时，Safari 提到 Broadcom 提供半桥评估板，其中 Broadcom 的 ACFL-3161 驱动 STMicroelectronics 的 SiC MOSFET。ACFL-3161 是一款基本的 10A 栅极驱动器光耦合器，具有单通道输出。该评估板可以针对各种拓扑进行测试，包括降压和升压配置，效率高达 99%。Safari 表示，评估板连同布局、原理图和参考设计均可订购，以帮助用户测试其完整的解决方案。