新能源汽车动力域高压化、幼型化、轻型化是形势所趋。更高的电池电压如800V体例央求功率器件拥有更高的耐压幼型化央求功率拓扑拥有更高的开闭频率。碳化硅（SiC）行动第三代半导体代表，拥有高频率、高效果、幼体积等利益，更适合车载充电机、直流变换器 DC/DC、电机限度器等利用场景高频驱动和高压化的本领进展趋向。本文首要针对SiC的性格推选了驱动芯片计划。结尾，本文遵循SiC MOSFET驱动对供电的格表央求，对区别供电策画计划的优劣势实行了理解。

　　车载充电机OBC和高压直流变换器DC/DC组合为常见的动力总成组合式样，两者能够共享呆滞表壳和冷却体例，升高功率密度，优化本钱。

　　OBC日常分为PFC 和DC/DC两级。PFC级为并网的AC/DC变换器，将输入的单相或三交友流电变换为直流母线电压。受电网根源成立分散的影响，正在中国单交友流电桩更为广泛，而正在表洋其它区域如欧洲，三交友流充电正在慢慢成为主流。对待单交友流输入的PFC，其输出直流母线V，而对待三相输入的PFC，其输出直流母线V。因为单级PFC输出的直流电流有比拟大的低频震撼，于是样板的OBC体例正在PFC级后又有会DC/DC变换器级，其输出给车载高压动力电池供电。对待常见的400V或800V电池体例，OBC输出电压日常为230-450V与450-900V。

　　因为车载用电筑造大片面为低压供电，于是动力域还需直流DC/DC变换器将高压动力电池的能量转变为低压，为12V 负载体例及12V电池供电。

　　目前新能源汽车动力域高压化是形势所趋，但受电池本钱振奋等成分影响，目前400V 照旧是业界主流抉择的动力电池电压等第。 下面将离别先容正在400V电压平台下，单相和三相OBC体例中SiC MOSFET的利用场景。

　　正在400V 单交友流输入的OBC DC/DC 体例中，非论是PFC输出的直流母线电压如故OBC全部输出的电池电压，其震撼局限都正在Si硅基MOSEFT能够承袭的电压局限之内。然而，跟着对体例功率密度央求的慢慢提拔，古板二极管整流桥Boost PFC电途不行再餍足效果和散热的央求，无桥PFC如图腾柱PFC正在慢慢成为业界主流。正在图腾柱PFC拓扑中，能够愚弄碳化硅SiC MOSFET高频开闭、反向规复低和导通电阻幼的上风，大大提拔体例效果和功率密度，如图2所示。

　　图腾柱PFC日常由速桥臂和慢桥臂构成，速桥臂由SiC MOSFET组成，日常开闭频率可高达100kHz。 慢桥臂开闭频率为工频，即45-65Hz。对待单向OBC而言，慢桥臂可利用二极管。对待双向OBC，即需求高压电池反向向电网或负载馈电的场景下，慢桥臂需求利用Si MOSFET或Si IGBT以支撑能量的反向传输。为了进一步减幼纹波和前级滤波器的体积，也可采用两相速桥臂交叉并联的体例。图3和图4以双向OBC为例，示意了SiC MOSFET正在图腾柱和交叉并联图腾柱电途中的用法。

　　对待三交友流输入的OBC体例，其PFC输出的母线V。正在这种情状下，切磋到高耐压与高效果的央求，日常选用SiC MOSFET而非Si IGBT行动开闭管。OBC的PFC及与DCDC级的原边侧都需利用SiC MOSFET，如图5所示。图6显现了以400V电压平台，11kW双向OBC为例的体例中SiC MOSFET的利用地位。

　　正在类似充电电流情状下，电池电压从400V升级到800V后充电速度能够加倍。为了餍足大功率速充，动力域也需求陆续向高压化演进。当动力电池电压平台升级到800V，OBC及DC/DC电源产物都需求从400V等第提拔到800V 电压等第平台。此时非论是单相或三相体例，OBC 的两级和高压转低压 DC/DC高压侧的开闭管都需求利用更高耐压的SiC MOSFET器件以餍足体例电压等第的央求下，如图7所示。图8以800V电压平台下三相OBC及移相全桥DC/DC拓扑为例，注脚了体例中SiC MOSFET的利用地位。

　　如前文所述，SiC MOSFET正在OBC DC/DC 体例中的利用场景多为高电压和高开闭速度的局势，所以正在开闭时的dVds/dt比浅显Si MOSFET明显加多。以桥式电途为例，正在上管火速开明、下管闭断时，下管的Vds会升高，此时电荷通过米勒电容Cgd搬动至下管门极，会形成门级电压展现一个幼的尖峰。遵循厂家和沟道本领的区别，SiC MOSFET的阈值电压平常为2V至5V。假若正在这一经过中串扰形成的电压抬升幅度横跨了SiC MOSFET开明的阈值电压，或者会形成下桥臂的误开明，从而导致上下桥臂直通，形成体例短途损坏等重要后果1。

　　为了规避开闭经过中爆发的桥臂直透危害，日常SiC MOSFET需求利用正负压驱动，即通过负压闭断确保闭断经过中纵使展现幼的电压尖峰，也不会横跨阈值电压以致MOSFET开明，如下图10所示。

　　另一种常见的预防SiC MOSFET误开明的体例是搭筑米勒钳位电途或使器械有米勒钳位效力的芯片，如TI的单通道分开驱动芯片UCC5350-Q12等。

　　如图11所示，米勒钳位效力首要通过采样栅极的电压并与阈值电压比拟较，当栅极电压低于阈值电压后比拟器反转，使得内置的米勒钳位MOSFET导通，酿成一条低导通阻抗的旅途。这条低阻抗旅途能够将SiC MOSFET栅极有力闭断，从而避免误导通。

　　策画米勒钳位电途也需求细心驱动芯片需求尽量迫近开闭管。假若布板不足优化，米勒钳位回途经大，或者会因为走线上寄生参数的影响，使得低阻抗旅途不足有用，反而会增大栅极振撼。

　　SiC MOSFET拥有高功率密度的性格， 平常会利用较高的驱动电压以使得MOSFET统统开明，从而取得最幼的导通电阻，最低的导通损耗和最大的电流输送才华。驱动芯片的欠压偏护点UVLO确定了开闭管能够寻常做事时最幼的驱动电压3。如上述2.2.1末节所属，为了预防SiC MOSFET的误开明，SiC MOSFET驱动平常会利用负电压供电。此时需求细心，对待大片面无孑立COM脚的驱动芯片来说，芯片的UVLO日常参考的是芯片VEE/VSS 脚。

　　以SiC MOSFET C3M0016120K4为例，其导通阈值样板值为Vth=2.5V，以体例成立负压驱动为-5V为例。假若利用8V UVLO的驱动芯片，本质SiC MOSFET能够做事的Vgsmin为8V-5V=3V，仅略高于芯片的导通阈值，此时SiC MOSFET的导通阻抗由统统开明是的16mΩ上升至Ω级。能够看出SiC MOSFET驱动电压不够时，导通阻抗会速速升高，或者形成体例短工夫内速速过热，对MOSFET永恒牢靠性和体例安详都有极为倒霉的影响。所以平常提议抉择欠压偏护点UVLO为12V的芯片，如TI的UCC21530-Q15 或UCC5350-Q1, 从而对SiC MOSFET驱动供电实行实时偏护，减幼此类危害。

　　如前文所述，SiC MOSFET驱动芯片平常需求足够的正向驱动电压，以包管MOSFET统统开明，同时也需求负压实行有用闭断，预防串扰。假若利用古板的自举通电的体例，因为自举供电电压筑树需求工夫，或者会存正在前几个周期开明闭断电压不够6。

　　为了避免此类题目，可采用分开供电的体例给SiC MOSFET驱动供电， 常见的体例有全桥谐振电途等。业界主流体例为用双途低边驱动如TI的UCC27524-Q17 的两途输出直接驱动变压器告终分开供电，如下图12所示。

　　然而，利用双途低边驱动芯片如UCC27524-Q1驱动脉冲变压器，搭筑分开供电电途有以下几点控造性：

　　● 起首，这种体例需求MCU或DSP供给驱动的输入信号，而辅源供电片面与主控芯片信号电途片面日常隔绝较远，走线较长。输入走线上寄生的电感和电阻容易正在芯片输入管脚耦合噪声，横跨芯片输入规格央求，需求加多分表的输入侧防护。

　　● 其余，区别于驱动MOSFET结电容的容性负载，驱动芯片驱动变压器等感性负载时，输出承袭负压和反向电流的才华有限，所以每每需求正在驱动输出测实行有用偏护。

　　需求细心的是，UCC27524-Q1等芯片的输出负向耐压平常为二极管压降0.3V。这时假若抉择浅显PN二极管，其较大的正领导通压降(~0.7V) 每每使其不行正在赶过负向耐压限值时实时起到偏护效力。日常提议抉择正领导通压降更幼的肖特基二极管实行负电压的有用钳位, 如BAT54S8.

　　针对这一利用场景和样板电途，TI推出了新一代产物UCC27624-Q19，提拔了输入侧负压耐受才华至-10V，输出负压耐受才华提拔为-2V，与输出反向脉冲电流承袭才华。利用UCC27624-Q1后，能够不需上图中红框标出的钳位偏护电途，大大减幼体例本钱和板面积。闭于此计划加倍详明的描画能够参考此篇E2E作品10。

　　假使UCC27624-Q1芯片的鲁棒性和管脚电应力承袭才华更强，然而此计划如故有其利用的控造性。由于变压器漏感上爆发的压降会影响驱动电压，占空比和体例EMI显露，对体例利用倒霉。工程师平常为了减幼漏感，对变压器会采用三明治绕法。这种绕造体例会加多变压器的层间电容，对SiC MOSFET高电压和高dVdT利用工况下加倍苛苛的CMTI央求倒霉。针对上述利用的控造性，TI推出了LLC限度芯片UCC25800-Q111行动驱动变压器分开供电计划。

　　LLC拓扑中，变压器漏感能够行动电途的一片面列入谐振，所以不需求认真优化。这时变压器能够利用分立式绕法12。这种绕造本领的分散电容能够做到低于2pF，漏感列入LLC电途谐振，便于体例EMI全部机能的优化，且CMTI能够做到高于150V/ns。

　　其余，UCC25800-Q1策画时不需求分表来自MCU/DSP的输入信号，是以不受主控芯片布板地位的影响。直接通过调治表部电阻即可调度开闭频率，表围策画粗略。同时，其输出级专为驱动变压器类感性负载策画，自然承袭负压与反向电流的才华更强。正在LLC电途变压器副边侧，仅需利用两颗二极管，比拟于基于双途驱动的计划撙节了两颗二极管的本钱13。