在欧盟 2035 年零排放目标等一系列雄心勃勃的计划推动下，范围内从化石燃料向电动汽车（EV）的转型正在以前所未有的速度加速进行。为了在市场中吸引消费者，电动汽车必须具备足够的续航里程，支持快速充电，同时还要保证价格经济实惠。在这一变革进程中，碳化硅（SiC）半导体，尤其是 MOSFET 器件，成为了大幅提升电力电子性能的关键技术。
在高压应用场景中，SiC MOSFET 的性能明显优于传统硅器件。具体而言，它具有能效更高、开关速度更快以及热损耗更低等显著特点。借助 SiC MOSFET 技术，主驱逆变器和车载充电器（OBC）能够在保持高能效和峰值功率的同时，实现更为紧凑的模块设计。这种紧凑设计不仅可以减轻整车重量，还能有效提升车内空间利用率，为电动汽车的整体性能提升带来积极影响。
安森美 EliteSiC MOSFET 经历了技术演进，如图 1 所示：
图 1: 安森美 EliteSiC MOSFET 的技术演进
左：M1 技术 (平面方形单元)
中：M2 技术 (采用薄晶圆技术的平面细长六角单元)
右：M3S 技术 (平面条带单元，薄晶圆技术，单位单元数量显著减少)
在电动汽车的关键应用领域，SiC MOSFET 正逐渐取代 Si MOSFET、二极管和 IGBT 等传统器件。虽然 IGBT 技术因其成本优势仍然广泛应用于中低端电动汽车，但 SiC 器件凭借更高的开关频率，能够有效降低导通损耗和开关损耗，从而提升能效，并实现更高的功率和电流密度。
采用安森美（onsemi）的 EliteSiC MOSFET 后，开发者不仅可以构建支持 800 V 电池电压的 22 kW OBC 功率级，还能够打造 HV - LVDC - DC 转换器，将 400 V 或 800 V 电池的高电压降至 12 V 低压电网。为了充分发挥 SiC MOSFET 的性能优势，其他系统元件（如栅极驱动器）需要针对这项技术进行优化设计。
主驱逆变器是电动汽车中的关键部件，其主要功能是将直流电转换为交流电以驱动电机。在这个领域，SiC 器件正在逐步取代传统的 IGBT。IDTechEx 预测，到 2035 年，SiC MOSFET 将成为电动汽车逆变器市场的主流技术。此类逆变器需要使用额定电压为 600 V 至 1200 V 的高压元件，每相工作电流峰值高达 200 A，功率范围为 50 kW 至 250 kW 甚至更高。
同时，IDTechEx 还预测，到 2035 年，电动汽车电力电子器件的市场规模将达到 360 亿美元，2025 至 2035 年间的复合年增长率（CAGR）将高达 17%。这表明电动汽车电力电子器件市场具有巨大的发展潜力。
采用 SiC MOSFET 的高性能电力系统为了实现能效，必须配备具有高拉电流和灌电流峰值能力的隔离式栅极驱动器。栅极驱动器负责控制 SiC MOSFET 等功率晶体管的开关速度，它能够提供快速切换所需的精准栅极电压（VGS）和电流，对于有效降低开关损耗和导通损耗至关重要。
安森美的 NCV51752 是一款单通道栅极驱动器，其内部电路简化框图如图 2 所示：
图 2:NCV51752 内部电路简化框图
专用栅极驱动器为 MOSFET 栅极提供必要的电压和驱动电流，并集成低压侧和高压侧之间所需的隔离栅。这类驱动器通过实现电气隔离、独立欠压锁定和多种故障保护机制等特性，能够有效提升系统的可靠性、电路稳健性和运行安全性。
安森美的 NCV51752 用于驱动 SiC MOSFET，能够确保开关快速可靠。凭借 36 ns 的短传播延迟和 200 V/ns 的高 dV/dt 抗扰度，NCV51752 能够有效提升 SiC 系统的性能。其典型示例原理图如图 3 所示：
图 3: 能够产生负偏压的 NCV51752 栅极驱动器的典型示例原理图
SiC MOSFET 是高速开关器件，可能产生高摆率，导致器件因米勒电容效应而触发寄生导通。NCV51752 通过在关断期间将 VGS 拉至 0V 以下来避免此问题，防止误导通，而且无需外接负偏压轨，从而节省整体系统成本。
综上所述，SiC 和高性能栅极驱动器正在革新电动汽车电力系统，为其带来更高的能效、更快的开关速度和更优越的性能。随着电动汽车市场的持续增长，这些技术将在满足消费者期望和符合监管目标方面发挥关键作用，引领可持续交通出行的未来发展。
