让IGBT，SiC和GaN器件更可靠的诀窍竟然是？

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让IGBT，SiC和GaN器件更可靠的诀窍竟然是？

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功率器件的市场前景
- u6 b" G* |4 H        近年来，大功率电力变换器/逆变器市场需求的增长率每年超过5%。到2020年，全球市场容量预计将达到500亿美元。
3 W* O. Z! l, e4 d8 M        作为系统中最主流的功率器件，IGBT占到了其中的80%，市场容量约40亿美元。IGBT广泛应用于工业控制、电信、轨道交通、可再生能源、汽车电子、智能电网等多个行业。随着汽车电子光伏逆变器行业的革命和快速发展，SiC MOSFET、GaN晶体管等新兴功率器件凭借着高工作频率，卓越温度性能，高功率密度，成本合理的优点，其市场容量在2020年预计将达到10亿美元。
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        在功率器件的研制过程中，其控制方式通常是相同的，即采用驱动电路对其进行管理。许多工程师都知道，但还没意识到DC/DC电源对驱动电路的重要性。下面我们将介绍它的主要特性。

1、隔离电容/瞬态负载响应
- I2 @( t( C9 x' X/ v9 l        众所周知，高工作频率是电源转换器的发展方向之一。因此，DC/DC电源的初级和次级之间的隔离电容应尽可能小，以适应高频应用，这使得DC/DC变压器的设计变得更为困难。目前，驱动电路的DC/DC电源的隔离电容在3-10pF之间。
8 v: s) L! B2 E9 O' n) X        在功率方面，100A IGBT需要DC/DC电源提供约3.5W，功率的计算公式如下：

                 

Ig：IGBT栅极电流的平均值；
) v: T' f# }9 E4 f4 j1 O- W VCC：驱动电路的高压（DC/DC的正输出）
& ^+ n/ C. s- a! _( { VEE：驱动电路的低压（DC/DC的负输出）
" Q! ~0 D$ O7 o$ _+ Y; U, Z Qg：栅极电荷，可从IGBT的技术手册中获得。

        在运行过程中，DC/DC的峰值功率可达10W，为了防止瞬态尖峰电流损坏DC/DC电源，在元件选择和电路设计阶段，需要考虑动态负载性能，同时，在DC/DC电源的输出端，应选择具有低ESR的电容器，以保证功率器件有足够的驱动电流。

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2、适当的偏移输出电压
$ Y/ V0 ]" \' s1 [# R/ a3 h        为了增强电流控制能力，通常会给功率器件设置更高的电压。以IGBT为例，受限于生产工艺，栅极耐压一般为±20V。因此，大部分工程师为满足可靠性目的，设计的DC/DC电源输出通常约为15V。然而，由于在布局上存在电压损失，有时无法精确控制功率器件。为了解决这个问题，建议使用的DC/DC电源输出电压可调或调至最高。
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        功率器件的导通和关断电压不同。目前，对于不同的器件特性，推荐采用+15/-6~-10（IGBT）、+20/-4（SiC）、+6/-3（GaN）的DC/DC输出。不对称的输出电压可确保最佳的驱动性能和电磁干扰，负输出通常用于快速关断功率器件并保持关闭状态而不出错。

3、高隔离
        为避免共模干扰，消除安全隐患，各个功率器件的DC/DC电源必须相互隔离。对于系统中的每个功率器件，建议使用单独的DC/DC电源，而不是单个DC/DC电源中的不同输出绕组。
0 O0 c. V4 t% Z. W0 M        从应用场景来看，产品有医疗设备、电信、固态照明等低压（600-1200V）商业应用；中压（1200-1700V）工业应用，有UPS、光伏逆变器、电机驱动等；高压（2500-6500V）电力应用，有风力发电机、高压/特高压输变电等。
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        通常，DC/DC电源隔离电压至少是系统长期工作电压的两倍甚至更高。因此，与传统的DC/DC电源相比，加强绝缘和高隔离电压是功率器件驱动电路中DC/DC的显著特点。

4、体积小巧
        SiC和GaN器件由于其带隙宽度大、击穿电压高、导热系数高等特点而受到广泛关注。这些特点最直观的优势在于功率转换器系统可以减少至少40%。作为配套设备，其体积是一个重要的参数。目前，推挽式电路和单端反激式拓扑已成为主流解决方案。

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5、EMC

        由于不同系统的辐射干扰，设计的稳定性存在风险。对于DC/DC电源，电磁兼容优化主要是为了提高电磁抗扰度性能。开关电源的干扰源是开关电路和整流电路，因此，优化布局是非常重要的，例如增加大电流回路的布线宽度，避免交叉布线，以及将DC/DC电源地与信号地分离。最后，如果可以在初级和次级变压器之间添加屏蔽并且屏蔽接地，将极大减少来自于初级变压器的干扰。
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fanichicl

看看楼主说的诀窍是什么。