在当今科技飞速发展的时代，电动汽车（EV）、可再生能源以及工业自动化等领域对电源系统的需求不断升级，这使得电源系统的设计面临着前所未有的挑战。设计人员需要在效率、性能与安全性之间找到完美的平衡，而绝缘栅双极
晶体管（IGBT）和碳化硅（SiC）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）等高压
元器件的集成成为了实现这一平衡的关键一步。然而，这些器件需要控制、快速切换和强大保护机制的栅极驱动器来配合，才能发挥出性能。本文中，DigiKey 深入探讨了与驱动现代电源系统相关的挑战，重点聚焦半桥拓扑，并详细介绍了英飞凌科技（Infineon Technologies）的栅极驱动器和评估板，这些产品为克服电源系统的挑战提供了高效的解决方案。
随着行业朝着更高的
开关频率、更高的电压和采用宽带隙（WBG）半导体的方向发展，电源系统面临着日益严峻的挑战。半桥拓扑作为诸多应用中的标准配置，在电动汽车 DC - DC 车载充电器和电机驱动系统中扮演着举足轻重的角色。在新型电动汽车平台向 800V 架构转变的进程中，对可靠隔离和保护机制的需求愈发迫切，同时还需维持开关精度。在可再生能源系统中，半桥设计是实现电网集成所必需的三相逆变器的基础。然而，SiC MOSFET 和 IGBT 采用的较高开关频率虽然提升了能源转换效率，但也加剧了高压侧与低压侧开关的共模电压问题，进而引发严重的电磁干扰（EMI），这不仅影响系统整体性能，还可能导致违反相关监管标准。在工业电机驱动器中，维持分相
电容器布置间直流总线电压的平衡也是一大难题，同时，当前设计朝着更紧凑、更高功率密度的方向发展，加剧了热管理的复杂性和电气噪声问题。
英飞凌科技的 EiceDRIVER 2ED314xMC12L 系列采用专门用于控制 IGBT 和 MOSFET 的双通道设计，来应对这些挑战。该系列所有产品都设有带死区时间控制（DTC）的独立工作通道，使得 2ED314xMC12L 器件既能充当双通道低压侧驱动器，也能作为双通道高压侧驱动器，或是半桥栅极驱动器。在半桥配置中，双通道架构使得单个栅极驱动器 IC 能够高效地控制高压侧和低压侧开关，极大地简化了印刷电路板（PCB）的布局，减少了元件的使用数量，同时支持通道间的匹配时序特性，这对于维持适当的 DTC 和防止击穿情况至关重要。
2ED314xMC12L 系列在多项相关基准测试中表现出色。它具备 6.5 A 的峰值输出电流，这一高输出特性对 SiC MOSFET 尤为有利，因为 SiC MOSFET 需要强栅极驱动信号才能实现高效开关。其 39 ns 的传播延迟使得的时序控制成为可能，对于工业自动化等应用来说至关重要。极为严格的部件间传播延迟偏移，仅为 8 ns，可将使用多个驱动器 IC 时各部件之间的时序差异降至。更为严苛的通道间传播延迟偏移（为 5 ns），有助于避免每个半桥的开关之间出现击穿现象。此外，额定超过 200 kV/μs 的共模瞬变抗扰度（CMTI）有助于防止因电压瞬变而导致的误触发，确保设备在电网波动以及功率流突然变化时仍能稳定运行。
2ED314xMC12L 系列具有多种保护功能，可确保在要求苛刻的电源应用中可靠运行。主动关断和短路箝位机制能够防范半桥配置中两个电源开关同时导通引发的短路状况，避免损坏元器件和系统停机。欠压锁定（UVLO）保护功能创建了一个磁滞 “死区”，即便电压出现微小波动，系统状态也能维持稳定，避免在阈值附近产生振荡。一些型号提供 8.5 V 至 9.3 V 之间的 UVLO，而其他版本则提供 12.5 V 至 13.6 V 之间的保护。该系列产品还提供带有使能引脚或禁用引脚的型号，为不同应用场景提供了更多的控制手段和选择。
该系列产品采用 PG - DSO - 14 - 71 封装，这种表面贴装封装尺寸为 10.3 x 7.5 mm，对于高功率双通道驱动器来说非常紧凑，在电动汽车应用中可节省宝贵的动力总成空间。尽管尺寸小，但所有型号都提供了足够的间距以确保安全运行，8 mm 输入到输出和 3.3 mm 通道到通道爬电距离和间隙距离，既符合隔离方面的要求，又能维持在空间有限的设计中所必需的紧凑外形规格。
为了简化测试和开发，英飞凌科技提供了 EVAL - 2ED3146MC12L 评估板。这款半桥板除了栅极驱动器外，还包括两个英飞凌科技 IMZA120R020M1HXKSA1 CoolSiC 沟槽型 MOSFET，以及一个英飞凌科技 2EP130R 变压器驱动器 IC，用于板载电源。这些元器件专门为评估而设置，同时也是实际设计中切实可行的选择。SiC MOSFET 的漏源电压额定值为 1,200 V，与 2ED314xMC12L 驱动 600 V 至 2,300 V 功率器件的能力完全契合。2ED314xMC12L 的 35 V 输出电源电压可以轻松满足这些 MOSFET 的 18 V 栅极驱动电压要求。MOSFET 在 25 °C 时的导通电阻低至 19 mΩ，能够限度地降低导通损耗。这些 MOSFET 在 +25 °C 时的功率耗散能力为 375 W，工作温度范围为 -55 °C 到 +175 °C，完全满足高性能电力
电子应用的要求。栅极驱动器具备 39 ns 的快速传播延迟，以及 >200 kV/μs 的 CMTI，这使得其能够实现高效的高频开关操作，并且在 MOSFET 的整个工作温度范围内，都能维持可靠稳定的运行。2EP130R 变压器驱动器拥有 50 kHz 至 695 kHz 的宽开关频率范围，与 2ED3146MC12L 的快速传播延迟协同工作，成为了栅极驱动器的有力补充。该变压器驱动器具备高精度的占空比调整能力（可在 10% 至 50% 之间调节），与栅极驱动器的时序特性相得益彰，这一组合对于在半桥配置中维持的死区时间而言至关重要。
英飞凌科技的 EiceDRIVER 2ED314xMC12L 系列产品，在效率、性能以及安全功能方面实现了良好的平衡，充分满足了电动汽车、可再生能源以及工业自动化等领域中高压应用的需求。该系列产品采用紧凑的 PG - DSO - 14 - 71 封装形式，能够适应空间有限的设计方案，而 EVAL - 2ED3146MC12L - SiC 评估板则有助于实现快速测试。在电力电子系统小型化、高频化趋势下，栅极驱动器的技术演进将进一步释放半桥电路的潜力，成为高效能电力转换的引擎。而在半桥电路设计中，栅极驱动器的选择直接关系到电路的效率、可靠性及性能边界。
图 1：2ED314xMC12L 系列设有带 DTC 的独立工作通道，允许器件作为双通道低压侧驱动器、双通道高压侧驱动器或半桥栅极驱动器运行。（图片Infineon Technologies）
