導語：在過去的一個多月，我們從最基礎的器件入手，深入了解再探討SiC MOSFET與Si IGBT的單個特性和并聯(lián)后的表現(xiàn)，并借助一些案例說明了如何利用這些器件本身的特性來優(yōu)化系統(tǒng)性能？以上是第一步。在第二步中，我們我們進入逆變器層級，探討如何在不同負載條件下，充分利用SiC MOSFET和Si IGBT的電流能力，以達到效率與性能的最佳平衡？

通過前兩步的討論，我們知道了：通過精準控制混合開關中Si和SiC器件的開通與關斷時序，可以顯著提升其整體性能，這一方法因其高度的靈活性而成為業(yè)界研究與應用的方向之一。然而，若缺乏高度集成且可靠的新型驅(qū)動產(chǎn)品作為支撐，傳統(tǒng)方案將不得不增加一倍的驅(qū)動芯片、外圍驅(qū)動電路及安全邏輯電路，從而削弱產(chǎn)品的成本優(yōu)勢。

值得慶幸的是，主流芯片廠商如ST和NXP已著手研發(fā)具備柵極開通關斷時序管理功能的驅(qū)動芯片。相較于傳統(tǒng)方案，這類新型驅(qū)動電路的成本僅略有提升，而結(jié)合混合開關減少的SiC器件用量，產(chǎn)品成本得以有效控制。今天我們就來聊聊這一款來自ST的帶有柵極時序控制功能的解決方案。

目錄1. 前言2. 幾種柵極驅(qū)動方案，究竟哪個更好？3. ST的解決方案揭秘4. 時序管理功能解讀（知識星球發(fā)布）5. 其他亮點（知識星球發(fā)布）6. ST方案支持的控制策略有哪些？（知識星球發(fā)布）7. 實測效果如何？（知識星球發(fā)布）6. 總結(jié)

01 前言

在電力電子應用領域，SiC功率器件以其更高的功率密度、更高的效率以及對系統(tǒng)散熱要求的降低等顯著優(yōu)勢而備受矚目。在逆變器應用中，混合開關憑借其介于于Si與SiC器件之間的特性，在成本與性能之間實現(xiàn)了良好的平衡。|SysPro備注：這部分之前聊過，這里不再展開，可以回顧前期的文章：SiC+Si混合驅(qū)動技術全解析：器件特征對比、拓撲分析、WLTP能耗分析、Si/SiC選擇原則、SiC+Si融合技術

圖片來源：ST

圖片來源：ST

02 幾種柵極驅(qū)動方案，究竟哪個更好？ 使用常規(guī)驅(qū)動進行同步控制時（即一個驅(qū)動芯片控制一個橋臂），混合開關器件的靈活度受限，無法充分發(fā)揮混合開關的優(yōu)勢。這是因為Si與SiC器件在開關過程中的過流和換流特性對功率器件的電流能力配比提出了嚴格要求。

| SysPro備注，可參考「SysPro電力電子技術」星球中對電流分配特性的介紹：2. Si/SiC器件特征詳解 | 2.4混合開關電流分配特性

雖然可以考慮采用具備驅(qū)動強度控制的驅(qū)動芯片（仍為一個驅(qū)動芯片控制一個橋臂），通過在不同負載工況下調(diào)整驅(qū)動強度配置來控制Si和SiC器件的相對開關速度，從而優(yōu)化過流現(xiàn)象。但此方案在小負載工況下難以充分利用SiC器件開關速度快、開通損耗小的特點，無法完全發(fā)揮SiC器件的優(yōu)勢。

| SysPro備注，通過調(diào)整驅(qū)動強度來優(yōu)化SiC器件的過流方案可參考這篇文章：2. Si/SiC器件特征詳解 | 2.6 同步開關中的驅(qū)動強度控制策略中篇：過流優(yōu)化思路

為了追求更卓越的性能和靈活性，行業(yè)內(nèi)部分廠家曾嘗試過每個橋臂使用兩個驅(qū)動芯片分別驅(qū)動Si和SiC器件的方案。此方案實現(xiàn)了Si和SiC器件在控制上的解耦，因此幾乎可以應用所有混合開關控制策略。然而，其劣勢也顯而易見：若量產(chǎn)，增加的一套驅(qū)動電路、外圍電路及安全邏輯電路將大幅提升產(chǎn)品成本，從而抵消混合開關帶來的成本優(yōu)勢。

另一種方案是采用單個驅(qū)動芯片驅(qū)動一個橋臂，但在驅(qū)動與Si、SiC柵極之間引入不同的延時電路，以控制混合開關中Si和SiC器件開通關斷的相對時序。此方案驅(qū)動電路的綜合成本較低，同時能夠采用較為靈活的時序控制策略，使混合開關在高低負載下均表現(xiàn)出色。此外，通過開關時序控制還可以實現(xiàn)最優(yōu)損耗控制、節(jié)溫控制等多種優(yōu)化策略，全面挖掘混合開關的潛力。這一方向已成為混合開關控制領域的主流。| SysPro備注：在「SysPro電力電子技術」星球中“2.10 柵極控制策略在逆變器中的應用” 系列文章中作詳細介紹，目前已完成：

2.10 柵極控制策略在逆變器中的應用：基于負載電流大小的混合開關時序控制

2.10 柵極控制策略在逆變器中的應用：高負載下時序控制和驅(qū)動強度控制的對比

03

ST的解決方案揭秘

目前，主流大廠如NXP和ST均在積極開發(fā)支持混合開關Si、SiC時序控制的單芯片驅(qū)動產(chǎn)品。一旦這些產(chǎn)品量產(chǎn)，其集成度、易用性及成本上的優(yōu)勢勢必將使其成為混合開關領域的主流選擇。

本文以ST柵極驅(qū)動芯片為例，介紹ST的最新開發(fā)成果。下圖為該驅(qū)動芯片的功能框圖。其特殊之處在于：在高壓側(cè)，它提供了兩個通道的柵極驅(qū)動輸出，來控制對柵極的充放電。比如OUT1B和OUT2B均用來控制IGBT的柵極，其中OUT1B控制柵極的開通，OUT2A控制柵極的關斷；OUT1A和OUT2A用來控制MOSFET的柵極，其中OUT1A控制柵極的開通，OUT2A控制柵極的關斷。

圖片來源：ST

此外，在該驅(qū)動的低壓側(cè)，有一組開關時序控制的引腳，用作控制驅(qū)動輸出通道A和B之間的開通順序：。.. ；有一組延遲時序選擇引腳，用于控制驅(qū)動輸出A和B的開通或者關斷延時。..；該驅(qū)動芯片的兩個輸出通道有著獨立的驅(qū)動電平，方便對Si和SiC器件設計獨立的驅(qū)動電壓（知識星球發(fā)布）。

| SysPro補充：在「SysPro電力電子技術」星球中2.7 章節(jié)介紹具體混合開關驅(qū)動電壓策略

04

時序管理功能

（知識星球發(fā)布）

ST柵極驅(qū)動芯片的時序管理只需要一組PWM輸入，結(jié)合XXX和XXX引腳的配置，即可實時選擇SiC通道和IGBT通道獨立的開通和關斷延遲時間。下面我們具體解讀下，看看不同通道是如何通過邏輯電平完成開關切換的？。..

05

其他亮點

該驅(qū)動芯片還配置了一個米勒鉗位輸出引腳。..

06

ST方案支持的控制策略有哪些？

（知識星球發(fā)布）

ST的這種時序控制方案，可以支持靈活的混合開關控制策略。比如應用效率控制策略，或者結(jié)溫控制策略，來控制不同的混合開關開通關斷延時，靈活度較高。如下圖所示，這些策略會在效率或者節(jié)溫上有不同傾向，來實現(xiàn)較高的效率或者較高的電流利用率。..

07

實測效果如何？

（知識星球發(fā)布）

下面我們通過幾張圖，來看看ST這套混合開關驅(qū)動方案的效率提升效果。..

08

結(jié)語

這篇主要是想通過介紹了ST開發(fā)的混合開關驅(qū)動芯片產(chǎn)品，說明市場上已有具體的解決方案，在只有一個通道的柵極PWM控制信號輸入的前提下，可以實現(xiàn)了兩個通道的輸出，來分別控制Si和SiC器件，因而可以支持靈活的控制策略，并能在實際應用中顯著提升效率。后續(xù)本星球也會介紹其他廠家的混合開關驅(qū)動方案，相信隨著這些產(chǎn)品的量產(chǎn)，混合開關技術的應用前景將更加廣闊。