梭意科技推出适用于先进栅极驱动器 IC 的 300mm Power-SOI 衬底，可在高开关频率下驱动功率转换宽禁带器件

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摘要：在电动汽车、可再生能源系统和数据中心等应用场景下实现更高电压与更优性能，功率转换行业开始从硅基 IGBT 转向宽禁带 (WBG) MOSFET 与 JFET。碳化硅 (SiC)、氮化镓 (GaN) 及金刚石等 WBG 材料以其出众的高频开关能力著称。Power-SOI 是一种成熟的绝缘体上硅 (SOI) 技术，能够实现先进的栅极驱动器和功率管理 IC 设计。这项技术支持高频开关，尤其适合基于 WBG 材料的新一代功率转换器件。本白皮书聚焦 Power-SOI 技术如何引领功率电子器件的变革，助力汽车、工业及可再生能源领域构建更加高效紧凑的系统解决方案。

www.eet-china.com, Apr. 11, 2025 – 

1. 引言

功率电子产业致力于不断提升效率、功率密度和散热管理。在硅基 IGBT 性能接近极限的背景下，碳化硅 (SiC) 与氮化镓 (GaN) 等 WBG 半导体正成为新一代应用的首选方案。

WBG 材料虽性能优异，但要充分发挥其优势，需采用专门的驱动与控制方案。本白皮书阐述的 Power-SOI 技术正是为充分发挥 WBG 器件在功率转换及电机控制系统中的价值而设计。

作为一项成熟的 SOI 技术，Power-SOI 目前提供 200mm 与 300mm 规格，可支持先进栅极驱动器及功率管理 IC (PMIC) 的开发。基于 Power-SOI 的 IC 可简化 SiC 与 GaN 器件平台的设计，提升可靠性，增强电动汽车、工业自动化、可再生能源系统及数据中心电源等应用场景下的系统性能。

下文将深入探讨 Power-SOI 技术的设计考量、工作原理与性能优势，阐明这项技术在各行业新一代 WBG 器件普及中的关键作用。

2. 栅极驱动器及 PMIC 的趋势与挑战

WBG 半导体在功率转换和电机控制领域的渗透，推动栅极驱动器及功率管理 IC (PMIC) 技术不断实现重大进展。当前行业趋势与技术瓶颈共同驱动着新一代 PMIC 解决方案的发展，尤其是对于 300mm 晶圆。

频开关需求：相较于硅基器件，WBG 器件可实现更高开关频率，显著提升功率密度与系统能效。这一性能对栅极驱动器 IC 提出了以下挑战：

• 抑制电路寄生参数引发的高 dV/dt 与 dI/dt 瞬态干扰
• 短信号传播延迟并确保纳秒级时序精度
• 提供充足且可控的驱动强度以快速充放电栅极电容，对 WBG 器件明显低于硅基器件的栅极驱动强度加以补偿

高的电压和工作温度：相比硅基器件，WBG 器件的工作电压更高 (>1200V)，结温 (Tj) 也更高 (> 175°C)。栅极驱动器 IC 须在极端条件下确保可靠运行。为此，此类 IC 需具备：

• 高压隔离架构与稳健的电路保护机制
• 在宽广的温度范围内保持稳定运行的能力
• 针对恶劣环境的精密布局与封装设计

智能功能的集成密度提高：为简化系统设计并提升可靠性，栅极驱动器 IC 开始加速整合智能功能：

• 集成功率级与低侧/高侧驱动器
• 配置拥有更多数字模块（如非易失性存储器 (NVM)）的先进监控与保护功能（退饱和、过流和欠压锁定）
• 支持自适应驱动策略（主动米勒钳位、di/dt 控制等）及可编程性

车规级与工业级认证体系：随着 WBG 器件进入汽车与工业领域，栅极驱动器 IC 需满足严苛的质量与可靠性标准：

• 车规级认证（AEC-Q100、ISO 26262）与工业级认证 (IEC 61508)
• 成熟的电磁兼容性 (EMC) 与抗电磁干扰 (EMI) 性能
• 优异的制造质量和可追溯性

专为宽禁带功率器件设计的创新栅极驱动方案，是实现高效高密度功率转换与电机控制系统的关键。例如，符合功能安全的 NXP GD3162 提供动态栅极强度调节、功率器件老化检测及集成的快速（<1 微秒）短路检测功能，可提升效率并增强系统安全性。

GD3162 通过可调动态栅极强度，根据负载需求优化栅极电流，有效降低开关损耗。图 1 展示了采用 NXP 功率逆变器参考设计所测得的效率提升测试结果。

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