如何使用氮化鎵：增強(qiáng)型氮化鎵晶體管的電學(xué)特性

對(duì)于一直使用功率MOSFET器件設(shè)計(jì)產(chǎn)品的功率系統(tǒng)工程師來(lái)說(shuō)，使用更高效的增強(qiáng)型氮化鎵晶體管并不困難。雖然兩種器件的基本工作特性非常相似，如果想發(fā)揮這種新世代器件的最大優(yōu)勢(shì)，我們還需考慮它的幾個(gè)特性以實(shí)現(xiàn)高效設(shè)計(jì)。

留意這些電學(xué)特性

每個(gè)半導(dǎo)體的性能都有其極限值，器件的數(shù)據(jù)手冊(cè)里通常清楚地列明這些極限值，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)工程師如何創(chuàng)建各種設(shè)計(jì)而不會(huì)于質(zhì)量或可靠性方面發(fā)生任何潛在問(wèn)題。增強(qiáng)型氮化鎵晶體管如宜普公司的

eGaN®FET與商用功率MOSFET器件具有相同的最高額定值，其最大可容柵極電壓除外。在柵極與源極之間施加的最大可容柵極電壓(VGS)，其在正方向的最大值為6 V， 而在反方向的最大值為5 V。與功率MOSFET 器件相比，這些值相對(duì)地較低，設(shè)計(jì)師需要確保他們所設(shè)計(jì)的版圖不會(huì)使柵極電壓超出這些極限值而形成過(guò)沖的現(xiàn)象。

一般來(lái)說(shuō)由于場(chǎng)效應(yīng)晶體管在大約4 V時(shí)可完全得以增強(qiáng)，以上的要求并不會(huì)構(gòu)成很大的問(wèn)題。我們寫(xiě)了多篇技術(shù)文章(Power Electronics雜志：eGaN FET與功率硅器件比拼文章: Drivers, Layout; Impact of Parasitics on Performance 及Optimal PCB Layout)來(lái)幫助設(shè)計(jì)工程師如何避免受這個(gè)限制影響，但最簡(jiǎn)單的解決方案是使用已推出市場(chǎng)、保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極的商用柵極驅(qū)動(dòng)器集成電路，同時(shí)利用非?？焖俚拈_(kāi)關(guān)時(shí)間。

圖1：EPC2010 器件的歸一化閾值電壓與溫度的關(guān)系– 可看到該器件在通常的工作溫度范圍內(nèi)只有3% 的變化。

導(dǎo)通電阻RDS(ON))是指氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管在柵極至源極之間施加5 V 電壓的電阻值。導(dǎo)通電阻值將隨所施加的柵極電壓及器件的溫度而變化。與硅技術(shù)相比，氮化鎵技術(shù)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它的導(dǎo)通電阻隨溫度而增加的幅

度較小，如圖2所示。對(duì)于硅器件來(lái)說(shuō)，從25 ℃至100 ℃時(shí)，其RDS(ON))的增幅超過(guò)70%，而氮化鎵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的增幅只有約50%。假設(shè)在25 ℃時(shí)這兩個(gè)技術(shù)具有相同的初始導(dǎo)通電阻值，與硅器件相比，氮化鎵晶體管在典型的100 ℃結(jié)溫時(shí)的導(dǎo)通電阻值將大約低15%。