測試共源共柵氮化鎵 FET

Cascode GaN FET 動態測試面臨的挑戰
　　
Cascode GaN FET 比其他類型的 GaN 功率器件更早進入市場，因為它可以提供常關操作并具有更寬的柵極驅動電壓范圍。然而，電路設計人員發現該器件在實際電路中使用起來并不那么容易，因為它很容易發生振蕩，并且其器件特性很難測量并獲得可重復的提取。許多設計人員在電路中使用大柵極電阻時必須減慢器件的運行速度，這降低了使用快速 GaN 功率器件的優勢。

圖 1 顯示了關斷時的發散振蕩。圖 2 顯示了導通時的大柵極電壓振鈴。兩者都與圖 3 所示的 Cascode GaN 器件（低壓 Si MOSFET 和高壓 GaN HEMT 的共源共柵）的獨特結構有關。

圖 1：關閉時的振蕩可能會損壞器件和外圍電路。

圖 2：開啟時的大振蕩。

圖 3：高壓耗盡型 GaN 器件的共源共柵結構。

圖 1 中看到的發散振蕩是由結構中低壓 Si MOSFET 的雪崩擊穿引起的。[1] 圖 2 中所示的 Vgs 振蕩與 MOSFET 源極和 GaN HEMT 柵極之間的電感導致的 Vgs 不平衡有關。Cascode GaN FET 動態特性測量對于器件制造商和器件用戶（即電源電路設計人員）都很重要，因為在不了解避免振蕩的條件的情況下很難使用器件。
　　
評估共源共柵 GaN 器件時的關鍵考慮因素
　　
使用 Cascode GaN 器件時，需要使用三個重要組件來避免振蕩。個是緩沖電路，第二個是鐵氧體磁珠，第三個是柵極電阻 (Rg) 依賴性。RC緩沖電路由串聯的電阻器和電容器組成（即簡單的低通濾波器）。如果將其連接在功率 FET 的漏極和源極之間，則可以減少或消除 FET 關斷時的急劇電壓上升。使用 RC 緩沖電路以避免振蕩非常重要。通過執行雙脈沖測試找到電阻器和電容器的正確組合也很重要，因為它將在實際應用中使用。
　　
鐵氧體磁珠利用其感應特性反射并抑制高頻噪聲。如果使用適當尺寸的鐵氧體磁珠，則根據雙脈沖測試期間 Vgs 上的噪聲頻率，噪聲將被徹底消除。有一種片式鐵氧體磁珠，其在水平方向上具有螺旋結構，可以限度地減少雜散電容，因此可以有效地抑制振蕩。Cascode GaN FET 制造商發布的應用說明推薦并描述了鐵氧體磁珠的使用。
　　
另一個需要評估的關鍵特性是 Rg 依賴性。Rg 限制流入柵極的電流，因此控制 Vgs 的斜坡速度。在設計電源電路時，依賴性很重要。然而，更換 Rg 并不方便，因為 GaN 功率電路的柵極電阻通常是 SMD 類型，以限度地減少雜散電感。因此，應焊接和拆焊 Rg 以測量柵極電阻依賴性。
　　
對于 Cascode GaN 器件，提供了額外的功能，使其表征變得簡單而有效。
　　
Cascode GaN FET 的定制測試板如圖 4 所示。該測試板具有鐵氧體磁珠端子和用于 RC 緩沖器的無焊觸點。選擇抑制高頻能量的合適鐵氧體磁珠。對于 RC 緩沖器，您可以使用板上的通孔型連接器來安裝或拆卸它。您可以通過測量各種組合的特性來找到的 RC 緩沖器。圖 6 顯示了使用該板的 Cascode GaN FET 的測量結果。使用的 RC 緩沖器是 15 歐姆電阻器和 33pF 電容器的組合。

圖 4：TO-220 Cascode GaN FET 的測試板。

還實現了無焊可更換柵極電阻器機制。使用不同的柵極電阻可以輕松評估相同的板和相同的 DUT。圖 7 顯示了使用無焊可更換柵極電阻器機制的示例結果。圖 5 所示的電路板適用于 TO-220 封裝器件。如果 DUT 是 SMD 封裝，則可以采用無焊 DUT 接觸技術制作專為 SMD Cascode GaN 器件定制的電路板。
　　
該板插入 PD1500A 測試夾具并使用 PD1500A 軟件用戶界面進行控制。

圖 5：無焊 DUT 觸點和可更換柵極電阻。

圖 6：Cascode GaN FET (TPH3212PS) Rg=15Ohm 的測試結果

圖 7：使用可更換柵極電阻器（500 歐姆和 20 歐姆）的測試結果

由于器件結構容易發生振蕩，共源共柵 GaN FET 動態表征具有挑戰性。找到良好的工作條件對于電路設計以發揮其優越性能非常重要。PD1500A 動態功率器件分析儀/雙脈沖測試儀提供了準確表征 Cascode GaN FET 的便捷方法，使用定制測試板來模擬所需外圍電路的工作條件。