在歐盟2035年零排放目標等雄心勃勃的計劃推動下，從化石燃料向電動汽車(EV)的轉型正在加速。為了吸引消費者，電動汽車必須擁有足夠的續航里程，支持快速充電，而且要經濟實惠。在這一變革中，碳化硅(SiC)半導體，尤其是MOSFET器件，是大幅提升電力電子性能的關鍵技術。

SiC MOSFET的優勢

在高壓應用中，SiC MOSFET性能優于傳統硅器件，具體表現為能效更高、開關速度更快、熱損耗更低。借助這項技術，主驅逆變器和車載充電器(OBC)能夠在保持高能效和峰值功率的同時，實現更緊湊的模塊設計，從而減輕整車重量，提升空間利用率。

圖1：安森美EliteSiC MOSFET 的技術演進

左：M1技術（平面方形單元）

中：M2技術（采用薄晶圓技術的平面細長六角單元）

右：M3S技術（平面條帶單元，薄晶圓技術，單位單元數量顯著減少）

提升電動汽車應用的性能

在電動汽車的關鍵應用中，SiC MOSFET 正逐漸取代Si MOSFET、二極管和IGBT。雖然IGBT技術因其成本優勢仍廣泛應用于中低端電動汽車，但SiC器件憑借更高的開關頻率，降低了導通損耗和開關損耗，提升了能效，并實現了更高的功率和電流密度。

采用安森美(onsemi)的EliteSiC MOSFET后，開發者不僅可以構建支持800 V 電池電壓的22 kW OBC 功率級，還能打造HV-LV DC-DC 轉換器，將400 V 或800 V 電池的高電壓降至12 V 低壓電網。為了充分發揮SiC MOSFET 的性能優勢，其他系統元件（如柵極驅動器）應針對這項技術進行優化。

主驅逆變器和市場增長

主驅逆變器是電動汽車中的關鍵部件，用于將直流電轉換為交流電以驅動電機。在這個領域，SiC器件正在逐步取代傳統的IGBT。IDTechEx預測，到2035年，SiC MOSFET 將成為電動汽車逆變器市場的主流技術。此類逆變器需要使用額定電壓為600 V 至1200 V 的高壓元件，每相工作電流峰值高達200 A，功率范圍為50 kW 至250 kW 甚至更高。

IDTechEx還預測，到2035年，電動汽車電力電子器件的全球市場規模將達到360億美元，2025至2035年間的復合年增長率(CAGR)將高達17%。

柵極驅動器的作用

采用SiC MOSFET 的高性能電力系統為了實現最優能效，必須配備具有高拉電流和灌電流峰值能力的隔離式柵極驅動器。柵極驅動器負責控制SiC MOSFET 等功率晶體管的開關速度，提供快速切換所需的精準柵極電壓(VGS)和電流，對于有效降低開關損耗和導通損耗至關重要。

圖2：NCV51752內部電路簡化框圖

專用柵極驅動器為MOSFET柵極提供必要的電壓和驅動電流，并集成低壓側和高壓側之間所需的隔離柵。這類驅動器通過實現電氣隔離、獨立欠壓鎖定和多種故障保護機制等特性，提升了系統的可靠性、電路穩健性和運行安全性。

集成負偏壓控制的隔離式柵極驅動器

安森美的NCV51752是一款單通道柵極驅動器，用于驅動SiC MOSFET，確保開關快速可靠。憑借36 ns 的短傳播延遲和200 V/ns 的高dV/dt抗擾度，NCV51752能夠有效提升SiC系統的性能，并可憑借集成的負偏壓控制和高隔離電壓，進一步提高可靠性和安全性。

圖3：能夠產生負偏壓的NCV51752柵極驅動器的典型示例原理圖

SiC MOSFET 是高速開關器件，可能產生高擺率，導致器件因米勒電容效應而觸發寄生導通。NCV51752通過在關斷期間將VGS拉至0V以下來避免此問題，防止誤導通，而且無需外接負偏壓軌，從而節省整體系統成本。

SiC和高性能柵極驅動器正在革新電動汽車電力系統，帶來更高的能效、更快的開關速度和更優越的性能。隨著電動汽車市場持續增長，這些技術將在滿足消費者期望和符合監管目標方面發揮關鍵作用，引領可持續交通出行的未來發展。