增強(qiáng)型GaN功率晶體管匹配門(mén)極的驅(qū)動(dòng)方案詳細(xì)說(shuō)明

　　氮化鎵（GaN）是最接近理想的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的器件，能夠以非常高的能效和高功率密度實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換。但GaN器件在某些方面不如舊的硅技術(shù)強(qiáng)固，因此需謹(jǐn)慎應(yīng)用，集成正確的門(mén)極驅(qū)動(dòng)對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳性能和可靠性至關(guān)重要。本文著眼于這些問(wèn)題，給出一個(gè)驅(qū)動(dòng)器方案，解決設(shè)計(jì)過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)。

　　氮化鎵（GaN）HEMT是電源轉(zhuǎn)換器的典范，其端到端能效高于當(dāng)今的硅基方案，輕松超過(guò)服務(wù)器和云數(shù)據(jù)中心最嚴(yán)格的80+規(guī)范或USB PD外部適配器的歐盟行為準(zhǔn)則Tier 2標(biāo)準(zhǔn)。雖然舊的硅基開(kāi)關(guān)技術(shù)聲稱(chēng)性能接近理想，可快速、低損耗開(kāi)關(guān)，而GaN器件更接近但不可直接替代。為了充分發(fā)揮該技術(shù)的潛在優(yōu)勢(shì)，外部驅(qū)動(dòng)電路必須與GaN器件匹配，同時(shí)還要精心布板。

　　對(duì)比GaN和硅開(kāi)關(guān)

　　更高能效是增強(qiáng)型GaN較硅（Si）開(kāi)關(guān)的主要潛在優(yōu)勢(shì)。不同于耗盡型GaN，增強(qiáng)型GaN通常是關(guān)斷的器件，因此它需要一個(gè)正門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)導(dǎo)通。增強(qiáng)型GaN的更高能效源于較低的器件電容和GaN的反向（第三象限）導(dǎo)電能力，但反向恢復(fù)電荷為零，這是用于硬開(kāi)關(guān)應(yīng)用的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。低柵極源和柵極漏電容，產(chǎn)生低總柵電荷，支持門(mén)極驅(qū)動(dòng)器快速門(mén)極開(kāi)關(guān)和低損耗。此外，低輸出電容提供較低的關(guān)斷損耗?？赡苡绊憣?shí)際GaN性能的其他差別是沒(méi)有漏源/柵雪崩電壓額定值和相對(duì)較低的絕對(duì)最大門(mén)極電壓，Si MOSFET約+/-20V，而GaN通常只有+/-10V。另外，GaN的導(dǎo)通閾值（VGTH） 約1.5V，遠(yuǎn)低于Si MOSFET（約3.5V）。如果外部驅(qū)動(dòng)和負(fù)載電路能夠可靠地控制源極和門(mén)極電壓，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)數(shù)百kHz或MHz區(qū)域，從而保持高能效，進(jìn)而減小磁性器件和電容尺寸，提供高功率密度。