Gan FET：為何選擇共源共柵

在過去幾年里，GaN技術(shù)，特別是硅基GaN HEMT技術(shù)，已成為電源工程師的關(guān)注重點(diǎn)。該技術(shù)承諾提供許多應(yīng)用所需的大功率高性能和高頻開關(guān)能力。然而，隨著商用GaN FET變得更容易獲得，一個(gè)關(guān)鍵問題仍然存在。為何選擇共源共柵？

當(dāng)我們?nèi)タ碐aN HEMT器件的物理和電氣性質(zhì)時(shí)，有一個(gè)明顯的挑戰(zhàn)。GaN HEMT的自然操作模式是常態(tài)導(dǎo)通的耗盡型晶體管。但工程師習(xí)慣使用常態(tài)關(guān)斷的器件，并且從安全的角度來看這也帶來好處。因此，需要解決GaN HEMT的常態(tài)開通問題，以提供常態(tài)關(guān)斷的操作。目前有兩種主要方法來應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。一是改變器件的結(jié)構(gòu)，使其在增強(qiáng)模式(e-mode)下工作。第二種是使用堆疊芯片封裝的共源共柵器件，串聯(lián)一個(gè)常態(tài)關(guān)斷的低RDSon的低壓硅MOSFET。

穩(wěn)定的高功率操作

e-mode和共源共柵的效率與熱特性接近，但相似之處僅此而已。在器件穩(wěn)定性可靠性和易操作性方面，共源共柵配置提供耐用和可靠的絕緣（介質(zhì)）柵極結(jié)構(gòu)。這意味著，共源共柵GaN FET的柵極耐壓額定值為± 20 V（與現(xiàn)有硅的超結(jié)技術(shù)相同），使用簡單的低成本的驅(qū)動(dòng)電壓為0-10或12 V的標(biāo)準(zhǔn)柵極驅(qū)動(dòng)器即可。并保留了自然操作模式GaN HEMT的更好的耐壓特性和開關(guān)性能。

當(dāng)然，串聯(lián)一個(gè)優(yōu)化過的低壓硅MOSFET確實(shí)會(huì)增加共源共柵模式GaN器件的RDS(on)和QRR。然而，這些增幅非常小，甚至微不足道，特別是考慮到，耐用和可靠的絕緣（介質(zhì)）柵極結(jié)構(gòu)和高性能體二極管給GaN HEMT帶來的操作優(yōu)勢時(shí)。例如，增加的RDS(on)通常小于10%，仍然具有出色的HEMT RDS(on)。對(duì)于QRR，低壓MOSFET的確會(huì)增加一個(gè)非常小的值，但共源共柵結(jié)構(gòu)GaN與同規(guī)格的高壓硅器件相比，Qrr值會(huì)低一個(gè)數(shù)量級(jí)。??

對(duì)于高電壓/大電流/高功率應(yīng)用，尤其是汽車應(yīng)用，耐用性和可靠性至關(guān)重要。共源共柵結(jié)構(gòu)GaN符合更高的AEC-Q101車規(guī)認(rèn)證要求，甚至超出，同時(shí)低壓硅MOSFET也屬于車規(guī)級(jí)，滿足所有汽車要求。此外，高開啟閾值電壓(Vth ~ 4 V)提高抗干擾能力，消除了因高dv/dt和di/dt而意外開啟的可能性，減少半橋電路中直通的風(fēng)險(xiǎn)?？傮w而言，這確保了應(yīng)用的穩(wěn)定性，而耐用的低Vf的反向續(xù)流能力又進(jìn)一步增強(qiáng)了應(yīng)用性能。

共源共柵——答案顯而易見

耐用的柵極結(jié)構(gòu)、高柵極開啟閾值電壓、簡單的柵極驅(qū)動(dòng)、超低反向恢復(fù)損耗、超低Vf的體二極管、簡單的控制斜率、高瞬態(tài)耐壓能力和雙向?qū)ㄍ負(fù)?。綜合所有因素考慮，從Nexperia的角度來看，對(duì)于650 V GaN FET的高電壓/大電流/高功率應(yīng)用，答案明顯是選擇共源共柵模式。

當(dāng)然，未來常態(tài)關(guān)斷的GaN HEMT器件出現(xiàn)一個(gè)耐用、可靠的電介質(zhì)、高開啟閾值電壓的柵極結(jié)構(gòu)時(shí)，我們將回顧哪種技術(shù)能夠?yàn)榭蛻籼峁┳罴堰x擇。到那時(shí)，問題應(yīng)該不再是“為何選擇共源共柵？”，而是“如何利用650 V GaN FETs？”。

審核編輯：郭婷