1763-L16AWA目前有两大因素影响着车辆运输和半导体技术的未来。行业正在拥抱令人振奋的新方法，即以清洁的电力驱动我们的汽车，同时重新设计支撑电动汽车(EV)子系统的半导体材料，以最大程度地提高功效比，进而增加电动汽车的行驶里程。

1763-L16AWA 政府监管机构继续要求汽车OEM减少其车系的整体二氧化碳排放量，对违规行为给予严厉处罚，同时开始沿着道路和停车区域增设电动汽车充电基础设施。但是，尽管取得了这些进展，主流消费者仍然对电动汽车的行驶里程存有疑虑，使电动汽车的推广受到阻力。

更复杂的是，大尺寸的电动汽车电池虽然可以增加其行驶里程，缓解消费者关于行驶里程的焦虑，但它会令电动汽车的价格上涨——电池成本在整车成本中的占比超过25%。

幸运的是，同时期的半导体技术革命催生了新的宽带隙器件，例如碳化硅(SiC) MOSFET功率开关，使得消费者对电动汽车行驶里程的期望与OEM在成本架构下实际可实现里程之间的差距得以缩小。

图1.电动汽车中的功率转换部件。电机逆变器将高压电池的直流电压转换成交流波形来驱动电机，驱动汽车前进。

充分利用SiC技术

图2.电池至电机信号链。为了增加行驶里程，每个模块都应设计为可提供最高能效。

1763-L16AWA 众所周知，基于SiC的功率开关本身在功率密度和效率方面具有优势，这对于系统散热和减小器件尺寸都有重要意义。采用SiC有望使逆变器尺寸在800 V/250 kW时缩小3倍，如果配合使用直流环节薄膜电容，则能进一步减小尺寸和节省成本。与传统的硅功率开关相比，SiC功率开关可以帮助实现更出色的行驶里程和/或更小的电池尺寸，使得开关成本在器件级别和系统级别都更具优势。

在同时考虑行驶里程和成本因素时，仍然需要以电机逆变器为焦点不断创新，旨在进一步提高电动汽车的效率和行驶里程。作为电机逆变器中价格最昂贵、功能最重要的元件，SiC功率开关需要接受精准控制，以充分发挥额外的开关成本的价值。

事实上，SiC开关的所有固有优势都会被共模噪声干扰，以及被管理不善的功率开关环境中的超快电压和电流瞬变（dv/dt和di/dt）导致的极高和破坏性的电压过冲影响。一般来说，抛开底层技术不谈，SiC开关的功能相对简单，它只是一个3端器件，但必须小心连接至系统。

图3.开启（左）和关闭（右）时的电压和电流波形。在SiC环境中，dv/dt将超过10 V/ns，这意味着开关800 V直流电压的时间不会超过80 ns。同样，di/dt为10 A/ns时，意味着在80 ns内电流为800 A，从中可以观察到di/dt的变化。

关于栅极驱动器

图4.隔离式栅极驱动器桥接了信号世界（控制单元）和功率世界（SiC开关）。除了隔离和信号驱动，该驱动器还执行遥测、保护和诊断功能，使其成为信号链的关键元件。

1763-L16AWA 隔离式栅极驱动器的作用关系到功率开关的最佳开关点，确保通过隔离栅实现短而准确的传播延迟，同时提供系统和安全隔离，避免功率开关过热，检测和防止短路，并促使在ASIL D系统中插入子模块驱动/开关功能。

但是，SiC开关导致的高摆率瞬态会破坏跨越隔离栅的数据传输，所以测量和了解对这些瞬变的敏感性至关重要。ADI专有的iCoupler®技术具有出色的共模瞬变抗扰度(CMTI)，测量性能高达200 V/ns及以上。在安全操作环境中，这可以充分释放SiC开关时间的潜力。

图5. 20多年来，ADI一直走在数字隔离技术发展的前沿，推出了iCoupler®数字隔离IC。该技术采用带有厚聚酰亚胺绝缘层的变压器。数字隔离器采用晶圆CMOS工艺。变压器采用差分架构，具有出色的共模瞬变抗扰度。

在Wolfspeed等领先的SiC MOSFET功率开关提供商的实际测试中，高性能栅极驱动器已证实了自身的价值。对于关键参数性能，例如短路检测时间和总故障清除时间，可分别低至300 ns和800 ns。为了提高安全性和保护等级，测试结果表明，可调的软关断能力对系统能否平稳运行至关重要。

同样，可以最大程度提高开关能量和电磁兼容性(EMC)，以最大限度提高功率性能和电动汽车的行驶里程。驱动能力更高时，用户可以获得更快的边缘速率，从而降低开关损耗。这不仅有助于提高效率，而且无需为每个栅极驱动器分配外部缓冲器，从而节省了电路板空间和成本。相反，在某些条件下，系统可能需要降低开关速度来实现出色的效率，甚至需要分级开关，研究表明以上可以进一步提高效率。ADI提供可调压摆率，允许用户进行此操作，去除外部缓冲器则进一步减少了阻碍。