為氮化鎵場效應(yīng)晶體管選擇柵極驅(qū)動(dòng)器集成電路

用寬禁帶(WBG)設(shè)備的可用性，許多電源設(shè)計(jì)師已經(jīng)開始調(diào)查FET的基于氮化鎵上硅(上GaN-Si)的，適用于各種新的設(shè)計(jì)和新興的應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。住在調(diào)與客戶，一些供應(yīng)商已經(jīng)出現(xiàn)，以滿足這些需求。然而，走上這條道路之前，要了解他們的驅(qū)動(dòng)要求硅和GaN晶體管之間的主要區(qū)別是很重要的。因此會(huì)有所不同。不像硅MOSFET，氮化鎵(GaN)基的FET具有較低的柵極閾值電壓更快操作。此外，對于氮化鎵的FET內(nèi)部柵極電阻低得多及體二極管的反向恢復(fù)特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于(GRR為零)。有一些輸出電容，但它比silicon.¹在現(xiàn)實(shí)顯著下，氮化鎵晶體管提供的優(yōu)點(diǎn)(FOM)的低得多的數(shù)字由于較低的導(dǎo)通電阻(RDS(上))和柵極電荷QG相比硅同行。更重要的是，氮化鎵晶體管不會(huì)從像MOSFET的強(qiáng)負(fù)溫度系數(shù)吃虧。因此，對于GAN場效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)器的要求，是否正常關(guān)閉或打開，會(huì)比硅MOSFET大相徑庭。其結(jié)果是，提取充分利用這些新的高性能晶體管，設(shè)計(jì)者必須理解如何先有效地驅(qū)動(dòng)它們，以便同時(shí)導(dǎo)通和GaN FET的開關(guān)損耗被最小化。除了實(shí)施優(yōu)化柵極驅(qū)動(dòng)，PCB布局和散熱設(shè)計(jì)方面的考慮也同樣重要的是這些設(shè)備的世行集團(tuán)實(shí)現(xiàn)最佳的系統(tǒng)性能和可靠性。駕駛氮化鎵場效應(yīng)晶體管為了使這項(xiàng)工作更容易為電源設(shè)計(jì)，功率半導(dǎo)體供應(yīng)商，如德州儀器已經(jīng)開發(fā)出了針對這些WBG設(shè)備優(yōu)化的柵極驅(qū)動(dòng)器。在現(xiàn)實(shí)中，供應(yīng)商已經(jīng)精心挑選MOSFET驅(qū)動(dòng)器與借給自己的高效驅(qū)動(dòng)基于GaN的功率FET的屬性。例如，它已經(jīng)選擇了一個(gè)家族的硅驅(qū)動(dòng)器與適合于最佳地驅(qū)動(dòng)各種增強(qiáng)型氮化鎵(的eGaN)操作高達(dá)100伏或更高的FET特性。在此行中的第一項(xiàng)是在100伏半橋驅(qū)動(dòng)LM5113，其克服驅(qū)動(dòng)晶體管具有低閾值電壓和高的dv / dt特性的任務(wù)。設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè)高和低側(cè)的eGaN場效應(yīng)晶體管，它提供了獨(dú)立的接收器和源的輸出(圖1)，從而允許導(dǎo)通和關(guān)斷獨(dú)立控制而不的一個(gè)旁路二極管的電壓下降的不利影響在關(guān)斷狀態(tài)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)表顯示，該驅(qū)動(dòng)器還提供了0.5Ω極低阻抗下沉，從而提供了一個(gè)快速關(guān)斷路徑低閾值電壓的eGaN FET的。根據(jù)TI，硅基LM5113使用專有自舉技術(shù)要在約5.25 V調(diào)節(jié)高側(cè)柵極電壓，以最佳地驅(qū)動(dòng)的eGaN功率FET而不超過6 V的最大柵極 - 源極電壓額定值此外，輸入LM5113是TTL邏輯兼容，并能承受高輸入電壓高達(dá)14V的電壓，無論在VDD引腳。加，以提供柔韌性，調(diào)整導(dǎo)通和關(guān)斷強(qiáng)度獨(dú)立地，LM5113提供分裂柵極輸出。其他功能還包括28納秒(典型值)，快速的上升和下降時(shí)間很短的傳播延遲，以及電源軌欠壓鎖定。

德州儀器LM5113驅(qū)動(dòng)器圖1形象：優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)高端和低端場效應(yīng)晶體管的eGaN，TI的驅(qū)動(dòng)程序LM5113提供了獨(dú)立的接收器和源輸出。該司機(jī)的eGaN可在頻率高達(dá)切換到幾MHz到與氮化鎵晶體管的高開關(guān)速度兼容。它坐落在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的WSON-10封裝，以及在一個(gè)12焊球封裝DSBGA，旨在高效電源轉(zhuǎn)換公司(EPC)的eGaN FET的。為了保持雜散電感降到最低，將封裝體積被最小化，從而允許的eGaN FET的期間PCB布局放置在靠近駕駛員。 EPC，事實(shí)上，已建成使用LM5113和場效應(yīng)管的eGaN幾個(gè)演示板。這些電路板示出了通過的eGaN場效應(yīng)晶體管，包括駕駛員啟用了高的效率，在這兩個(gè)分離的和非隔離DC / DC轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，同時(shí)提供高的功率密度。由EPC演示板展示了高轉(zhuǎn)換效率表明駕駛員LM5113是最合適的，用于驅(qū)動(dòng)的eGaN場效應(yīng)管。現(xiàn)在，讓我們分析一些這些評估板的。評估板在EPC的評估板方面，最近推出的EPC9022通過EPC9030，它提供半橋拓?fù)浒遢d柵極驅(qū)動(dòng)器LM5113和公司的超高頻，高性能的eGaN FET家族EPC8000的成員。例如，EPC9022包括兩個(gè)65 V EPC8002氮化鎵的FET與LM5113作為柵極驅(qū)動(dòng)器的半橋式配置(圖2)。

總承包的評估板圖2圖像：EPC的評估主板采用采用超高頻，高性能的eGaN FET和柵極驅(qū)動(dòng)器LM5113半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。同樣，TI已經(jīng)創(chuàng)建了自己的評估板為5 A，100V的半橋的eGaN FET柵極驅(qū)動(dòng)器LM5113。它實(shí)現(xiàn)了一個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器，用于產(chǎn)生降壓和同步switches.²的規(guī)格為這款主板的PWM信號(hào)，如用戶指南給定電壓模式控制器LM5025，包括15 VDC至60 VDC輸入工作電壓，10 VDC與10 A，48 VDC輸入接口及7一60 VDC輸入輸出電壓。開關(guān)頻率為800千赫。所測量的效率繪制在圖3中，其示出93.9%的在48伏直流輸入和10 A的輸出電流。該圖表明，該效率提高作為輸入電壓下降。在24 V輸入，報(bào)道效率是96%，10 VDC輸出的德州儀器LM5113評估板效率與10 A.圖像負(fù)載電流

圖3：LM5113評估板效率與負(fù)載電流不同的輸入電壓。對于高功率應(yīng)用，TI已開發(fā)出具有自主源和宿功能的7.6的低側(cè)驅(qū)動(dòng)器。指定LM5114，它被優(yōu)化來驅(qū)動(dòng)的eGaN場效應(yīng)晶體管在低側(cè)的應(yīng)用，如同步整流器和升壓轉(zhuǎn)換器。 LM5114(圖4)其他主要功能包括匹配反相和非反相輸入端，以減少死區(qū)時(shí)間損耗之間的延遲時(shí)間，12 ns的典型傳播延遲，使高開關(guān)頻率，低輸入電容，TTL / CMOS邏輯兼容，和分裂柵極輸出。對于操作，它需要從4 V至12.6 V單電源供電，可以處理高達(dá)14 V邏輯輸入，無論電壓在VDD引腳。坐落在SOT-23-6和WQFN-6封裝，工作溫度范圍為這個(gè)的eGaN FET驅(qū)動(dòng)器為-40°C至+ 125°C。

德州儀器LM5114圖4形象：LM5114設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)低邊場效應(yīng)管的eGaN。它提供了獨(dú)立的源和匯產(chǎn)出可控的上升時(shí)間和下降時(shí)間?？傊?yīng)商如TI已經(jīng)推出過的，現(xiàn)成的柵極驅(qū)動(dòng)器，以幫助滿足的eGaN FET的輕松的嚴(yán)格驅(qū)動(dòng)要求，從而使設(shè)計(jì)人員能夠挖掘這些新的高性能晶體管世行集團(tuán)全部收益。