利用现成变压器驱动碳化硅SiC FET

碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFETs 或 SiC FETs）作为宽带隙（WBG）器件，与传统的硅（Si）和绝缘栅双极型晶体管（IGBTs）相比，具有更高的电压和频率操作能力。这意味着更高的功率密度，从而使电源设备体积更小、重量更轻。SiC FETs 的结温评级远高于高功率 IGBT，且热导率高于 Si，这使得其散热效率更高。因此，SiC FETs 特别适用于高功率应用。

SiC 偏置电源的应用包括双向充电器、工业电机驱动器、太阳能及其他可再生能源储存系统、网格级储存设备和不间断电源（UPS）。随着 SiC FETs 成为电动汽车（EV）和混合动力电动汽车（HEV）中高功率尤其是高电压开关电源的首选开关器件，准确的高性能变压器驱动偏置电源的使用变得必不可少，尤其是在 400 V 至 1000 V 的工作电压范围内。

拓扑结构和变压器

不同的电源拓扑结构适用于驱动 SiC FETs，其中一些常见的拓扑包括：

反激变换器：这种拓扑常用于低功率转换器，但由于开关频率较低且变压器较大，通常不适合高频应用。此外，反激变压器设计为具有低漏感以减少电流尖峰，但这会导致初级和次级电容较高，从而增加通过变压器的共模噪声。

推挽变换器：推挽拓扑通常比反激变换器具有更高的开关频率，并且通过交替驱动变压器磁芯，使变压器体积较小。推挽变压器具有较低的漏感和绕组电容的良好平衡，通常开环驱动以实现小尺寸和低成本。选择高质量的变压器可以保证关键参数的一致性。Coilcraft 的 TX-1 系列变压器就是为推挽驱动器优化设计的，可以高效工作在 1 MHz。

LLC 变换器：LLC 拓扑利用漏感和绕组电容的谐振特性，可以实现更低的共模噪声（CMTI）。LLC 偏置电源开环驱动，对变压器的设计一致性和质量要求很高。这种设计可以实现高隔离性和一致性的迷你芯片式变压器。

门极驱动变压器

门极驱动变压器用于提供控制 SiC FET 开关的电压脉冲，同时提供 FET 和控制驱动电路之间的隔离。隔离确保没有电路间的直接导通路径，这对于噪声免疫和安全保护非常重要。门极驱动变压器不仅可以根据匝数比调节电压，还能提供更低的开关延迟时间。因此，在高压高频应用中，门极驱动变压器是最佳选择。

在一些低功率应用中，数字隔离器或光耦合器可以直接驱动 FET，但对于高压需求，门极驱动变压器更为适用。例如，推挽半桥门极驱动电路（如图4所示）通常用于高功率应用。

选择合适的变压器

为隔离偏置电源和直接门极驱动变压器选择合适的变压器可能是一项挑战，因为市场上有各种各样的变压器。通过使用合适的工具可以简化这一过程。例如，Coilcraft 提供了针对特定应用或特定 IC 控制器优化的变压器，如与德州仪器（TI）的 SN6507 推挽变压器驱动器优化的 TX1 变压器系列，以及与意法半导体（STMicroelectronics）的 A6986i 和 L6986i 优化的 ZA9668-AE 隔离降压变压器。

此外，Coilcraft 收集了数百种现成变压器的规格，并提供了参数搜索工具，设计人员可以根据应用需求找到合适的变压器。例如，通过过滤 LLC 拓扑，可以轻松找到适合的 LLC 变压器。

结论

变压器是正确驱动和优化宽带隙器件如 SiC FETs 的关键组件。现成的变压器经过优化设计，可以满足原型和批量生产的需求，为高性能、高可靠性和经济高效的解决方案提供支持。通过选择合适的变压器，设计人员可以充分利用 SiC FETs 的优势，实现更高效的电源设计。

通过合理的设计和优化，利用现成变压器驱动 SiC FETs 可以实现高效的功率转换和可靠的性能，为各种高功率应用提供了理想的解决方案。