从驱动器的选择入手，成就碳化硅的极致性能优势

快充装置、输变电系统、轨道交通、电动汽车和充电桩等都需要大功率、高效率的电力电子器件，基于 SiC、GaN 的电子电力器件因其物理性能优异在相关市场备受青睐。中国是全球最大的功率半导体消费市场，未来有望保持高速发展，预计年复合增速达 4.8%。

从增量来源来看，5G、光伏智能电网、新能源汽车等是主要的增量来源。由于第三代半导体材料卓越的性能优势，在众多战略行业可以降低 50%以上的能量损失，最高可以使装备体积减小 75%以上，是半导体产业进一步跃进的基石。然而，第三代半导体器件在应用中对时序有严格要求，在驱动解决方案的设计上需要谨慎选择。本文以亚德诺半导体（ADI）的iCoupler 技术入手，以某公司案例解读其高共模瞬态抗扰度对第三代半导体驱动上带来的优势。（尊重企业IP起见，本文涉及第三方企业名称以字幕代替）

效率提升200%，如何打破效率与开关频率“互斥”

C公司是全球集LED照明解决方案、化合物半导体材料、功率器件和射频于一体的著名制造商，其子公司W公司提供市场领先的碳化硅MOSFET产品，为提供高效、高度可靠的系统解决方案，他们选择了ADI为其提供与之匹配的隔离式栅极驱动器，应用领域包括太阳能和可再生能源、EV快速充电、工业电源，以及不间断电源。比如6.6KW高频率、LLC DC/DC转换器，它使用W公司的60mΩ/650V MOSFET和肖特基二极管以及来自ADI的隔离式栅极驱动器。

通过协作，双方使此设计达到了全新的高度，相比之前基于硅芯片的设计，其性能轻松提升200%。

将成为大幅减小磁性零件尺寸和重量的关键，包括变压器和谐振减速器，与传统的100-200 kHz DC/DC转换器相比，采用我们的新解决方案之后，以500 kHz运行的磁盒体积和重量都降低了50%，但在满负载下，还是可以提供高于98%的峰值效率。

大家知道碳化硅是最佳选择，与仅使用硅芯片相比，它能够大幅降低开关损耗，让我们能够突破开关速度限制，且不增加损耗。为了提高效率和降低电磁干扰，W公司选择使用LLC拓扑。其中，初级开关零电流开启次级二极管零电流关闭，LLC转换器一般按照固定开关频率分级，该频率与谐振电路的谐振频率非常接近，使得MOSFET能够在低电流下关闭，在零电压下开启，从而实现更高效率。

开关频率提升通常导致效率快速下降

遗憾的是，大多数应用的输入电压和负载并不是固定的，需要开关频率根据实际工作条件调整和改变。因此，与谐振频率之间的偏差会导致效率损失。此外，电源轨的电流不会谐振至零，会导致反向恢复功率损耗和严重的高频振荡，但是我们可以采用以下方法来解决。

本参考设计选择约600 kHz的高谐振频率，对谐振电路的尺寸和效率实施优化，然后使用独有的控制方法。基于负载来启用和停用这些特定开关，因为开关一般是在接近谐振频率的频率下开启或关闭，所以关闭电流很低，转换器以优化频率运行且效率得到改善。此外，LNC电路中使用4个碳化硅MOSFET，它们按半桥配置排列，要缩减系统尺寸，同时保持高开关频率，我们需要使用非常紧凑且具有所需电气特性的栅极驱动器，让每个MOSFET都能在半桥配置中实现高频率开关。

典型半桥应用

基于ADUM4221的隔离式栅极驱动电路解读

为实现高开关频率下保持高效率，W的设计团队需要采用紧凑的栅极驱动器布局，还需要使用半桥驱动器，也就是双通道驱动器。对于这些应用来说，保持紧凑小巧的尺寸非常有用，W最终使用的半桥式栅极驱动器是ADUM4221隔离式栅极驱动器，其优点在于它能够在开关节点保持高瞬变，且具有ADUM4221的高共模瞬变抗扰度。W公司的LLC转换器电路板采用ADUM4221作为隔离式栅极驱动器，共配备了两个驱动器，并为每个驱动器提供500Khz互补信号

本案例中66KW高频LLC DCDC转换器拓扑

ADuM4221 是 4 A 隔离式半桥式栅极驱动器，采用iCoupler® 技术独立且隔离的高端和低端输出。ADuM4221 增加爬电距离d的宽体 16 引脚 SOIC_IC 封装可提供 5700 kV rms 的隔离。这些隔离元件集高速 CMOS 和单片变压器技术于一身，性能比其他选择更优，例如兼具脉冲变压器和栅极驱动器特点。

隔离器采用 2.5 V 到 6.5 V 的逻辑输入电压范围，兼容较低的电压系统。与采用高压电平转换方法的栅极驱动器相比， ADuM4221 能在输入和输出之间提供真正的电气隔离。ADuM4221 内置重叠保护，并允许调整死区时间。死区时间引脚 (DT) 和 GND1 引脚之间的单电阻设置了高侧和低侧输出的次级侧死区时间。

如果 ADuM4221 的内部温度超过热关断温度 (TSD)，则内部热关断会将输出设置为低电平。因此，ADuM4121 能够在正或负开关电压下的开关电压范围内，可靠控制SiC MOSFET配置，从而实现简单的压摆率控制。

W公司基于ADuM4121 隔离式栅极驱动器的LLC DCDC转换器

后记

该设计中，ADuM4221能够在不牺牲信号完整性的情况下应对快速上升时间和快速下降时间问题。ADuM4221还提供高驱动强度，这是衡量栅极驱动器的一个重要指标，这让电路能够非常快速地开关碳化硅器件，这意味着能够最大限度降低器件的开关功率损耗，让系统保持低温运行。除此以外，还提供可调的平台时间，让电路能够通过调节平台时间来优化效率。