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增强型GaN功率晶体管匹配门极的驱动方案详细说明
李丽
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氮化镓（GaN）是最接近理想的半导体开关的器件，能够以非常高的能效和高功率密度实现电源转换。但GaN器件在某些方面不如旧的硅技术强固，因此需谨慎应用，集成正确的门极驱动对于实现最佳性能和可靠性至关重要。本文着眼于这些问题，给出一个驱动器方案，解决设计过程的风险。
氮化镓（GaN）HEMT是电源转换器的典范，其端到端能效高于当今的硅基方案，轻松超过服务器和云数据中心最严格的80+规范或USB PD外部适配器的欧盟行为准则Tier 2标准。虽然旧的硅基开关技术声称性能接近理想，可快速、低损耗开关，而GaN器件更接近但不可直接替代。为了充分发挥该技术的潜在优势，外部驱动电路必须与GaN器件匹配，同时还要精心布板。
对比GaN和硅开关
更高能效是增强型GaN较硅（Si）开关的主要潜在优势。不同于耗尽型GaN，增强型GaN通常是关断的器件，因此它需要一个正门极驱动电压来导通。增强型GaN的更高能效源于较低的器件电容和GaN的反向（第三象限）导电能力，但反向恢复电荷为零，这是用于硬开关应用的一个主要优点。低栅极源和栅极漏电容，产生低总栅电荷，支持门极驱动器快速门极开关和低损耗。此外，低输出电容提供较低的关断损耗。可能影响实际GaN性能的其他差别是没有漏源/栅雪崩电压额定值和相对较低的绝对最大门极电压，Si MOSFET约+/-20V，而GaN通常只有+/-10V。另外，GaN的导通阈值（VGTH） 约1.5V，远低于Si MOSFET（约3.5V）。如果外部驱动和负载电路能够可靠地控制源极和门极电压，开关频率可达数百kHz或MHz区域，从而保持高能效，进而减小磁性器件和电容尺寸，提供高功率密度。
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