WBG 器件给栅极驱动器电源带来了难题

SiC 和 GaN 是宽带隙 (WBG) 半导体材料，因其开关更快且损耗更低，相较于传统硅 (Si) 在电力电子应用领域更具优势。对于需要关键考量高效率和高功率密度的应用来说，这类材料的市场占有率正在不断增加。

早期采用者因技术而异。 技术更为成熟的 SiC 已基本取代 Si IGBTs，用于为电动汽车的牵引逆变器供电，而 GaN 技术在笔记本电脑和类似设备的充电器应用方面也取得了巨大成功。

SiC 和 GaN 晶体管的栅极驱动器必须根据每个器件的具体特性进行定制。对于高侧栅极驱动器，栅极驱动器和其直流电源必须采取隔离措施。

第一代 SiC MOSFETs 通常在导通状态下需要 +20V 栅极驱动电压 (V_DD)，以提供最低的导通电阻。由于栅极导通阈值可以小于 2 V，为了实现最佳的开关可靠性，SiC MOSFET 驱动器通常在关断阶段摆动至负栅极电压。

对于下一代设备，最佳导通和关断电压分别为 +15 或 +18V 和 -3 或 -4V。栅极驱动器 必须具备非常快的上升和下降时间（大约几纳秒），但除此之外，大多数栅极驱动器都可以与非对称 V_DD 和 V_EE 电源电压使用而不会有任何问题。栅极驱动器的功耗随开关频率的提高而增加，但峰值栅极驱动电流由靠近驱动器电源引脚放置的电容器提供，并且只需要 2 W 至 3 W 的低功耗 DC/DC 转换器。

GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 的典型全增强电压为 7V，但如果 V_GS 超过 10 V 就会损坏，这远低于 SiC 栅极驱动器所需的栅极电压。由于 HEMT 结构的低电容栅极沟道的上升和下降时间极快，因此外部栅极驱动中任何过大电感都可能导致电压尖峰或电压振铃，进而超过这些电压限值。因此，6V 栅极驱动电压是一种良好的折衷，既能保持高效率，又能处于安全工作范围内。不同于 SiC MOSFET，HEMT 栅极通道的低电容允许关断电压为零伏。

最佳栅极驱动器电源电压组合根据晶体管类型（IGBT、SiC 或 GaN）、制造商、技术代以及是否使用共源共栅配置而有所不同（图 3）。电子行业对此存在一些担忧。我如何才能让我的设计经得起未来考验，以便能够轻松适应未来几代或替代源晶体管供应商提供的不同最佳导通和关断电压？

采用 RECOM R24C2T25 新型转换器可以解决这一难题。这是一款隔离型 SMD DC/DC 转换器，采用 IC 式 SSOP 封装，专为给隔离型 WBG 栅极驱动器供电而设计。通过使用预设电阻器，可在 +2.5V 至 +22.5V/-2.5V 至 -22.5V 范围内独立调节稳压正负输出电压，因此仅用一个产品即可覆盖 IGBT、MOSFET、SiC（所有代）甚至 GaN 的所有现有栅极驱动器电压范围（图 4）。

输出为基本隔离等级，隔离电压为 3kVrms/1 min，并且在 -40°C 至 +105°C 的整个工作温度范围内可提供 1.5W 功率而无需降额（温度最高达到 +85°C 时为 2W）。CMTI（共模瞬态抗扰度）值超过 150kV/µs，因此该电源可在极快的开关边沿下正常工作。该产品采用 SMD SSOP 封装，可以安装在靠近开关晶体管的位置，并且输出端提供全面保护措施（UVLO、OTP、SCP、OLP），可让您安装无忧。