在这篇文章中，我们介绍了工程师在为他们的项目选择最佳氮化镓（GaN）栅极驱动器时应该考虑的关键因素。

氮化镓（GaN）在电力电子中的优势

氮化镓（GaN）是一种宽带隙半导体材料，具有更高的击穿强度、更快的开关速度、更高的热导率和更低的导通电阻。基于GaN的功率器件显著优于硅基器件。由于GaN在开关性能和尺寸减小方面的显著改进，可以为大量应用实现创纪录的功率密度和效率，为节能和高性能解决方案的进步做出贡献。

氮化镓（GaN）栅极驱动器的类型

与硅基器件相比，氮化镓（GaN）FET基功率转换系统具有更高的效率、更高的功率密度和更低的整体系统成本。这些有利特性促使电力电子元件生态系统不断扩大，包括专门设计用于增强eGaN® FET性能的栅极驱动器、控制器和无源元件。

选择氮化镓（GaN）栅极驱动器时的关键考虑因素

栅极驱动器IC在最大化eGaN FET的开关速度能力方面起着至关重要的作用。为了确保与eGaN FET的兼容性，栅极驱动器必须具有适合5 V驱动的UVLO、低上拉和下拉电阻、小尺寸以及具有足够共模瞬态抗扰度（CMTI）的隔离，以承受高dv/dt。一些eGaN兼容驱动器的其他有益特性包括集成电压调节器、自举管理和非常窄的脉冲宽度能力。

氮化镓（GaN）栅极驱动器的要求

为了满足高频和高性能应用的需求，氮化镓（GaN）场效应晶体管的门极驱动器必须考虑以下因素以实现最优性能：

1. 高侧自举电压“钳位” - 用于管理低侧FET反向电流传导（反向传导电压可达2.5 V，可将自举电容器充电至7 V以上），用于自举电源驱动的半桥驱动器。
2. 应验证欠压锁定（UVLO），建议禁用时在3.6 V范围内，启用时在4.0 V范围内。
3. 由于氮化镓（GaN）器件可以非常快速地开关，门驱动器应该能够承受高的dv/dt；推荐的能力大于100 V/ns。
4. 应尽量减少最小停滞时间，以减少停滞时间损失，理想情况下应在20-40ns范围内。
5. 可能需要与较低的FET并联的小型低成本肖特基二极管。
6. 分离Ron/Roff引脚。
7. 超温限值保护。

考虑到这些要求，也可以使用通用的MOSFET栅极驱动器IC与使用氮化镓（GaN）FETs进行以下修改。

使用氮化镓（GaN）场效应晶体管控制器集成电路时应考虑的关键因素

在某些情况下，设计师更倾向于使用带有集成MOSFET栅极驱动器的控制器IC。只要满足某些条件，将这些驱动器与氮化镓（GaN）场效应晶体管（GaN FETs）一起操作是可行的。关键的考虑因素是自举二极管应该是外部的，并且UVLO设置应与GaN FETs的要求对齐。当修改基于MOSFET的半桥栅极驱动器时，我们建议在自举电容器上添加一个5.2 V的齐纳钳二极管，与自举二极管串联的限流电阻器，以及（如果适用的话）在较低的FET上添加一个反并联二极管。这些组合措施有效地限制了自举过电压。

到目前为止，我们依赖于二极管，无论是内置于栅极驱动器内部还是外部，用于引导电源。由于工艺限制，栅极驱动器内部的二极管会出现反向恢复现象，从而导致降压转换器的上侧FET的电位损失。为了解决这个问题，引导二极管可以被替换为氮化镓场效应晶体管（GaN FET），从而创建一个同步的FET引导电源。引入氮化镓场效应晶体管（GaN FET）可以替代引导二极管的功能，并额外调节引导电容器，因为它可以在两个方向上导电。同步引导FET电路在较高频率下表现最佳，或者可以用来消除反向恢复引起的开关节点电压过渡失真。

以下是将同步自举电源改装到栅极驱动器的步骤：

1. 首先引入同步自举场效应晶体管，将源极连接到5V电源，漏极连接到自举电容器电路。
2. 使用电容器Cenh和二极管Denh实现较低FET栅极信号的电压偏移，以便在低FET栅极保持低电平时对该电容器进行充电。
3. 略微减少对门驱动器的主电源供应，以防止内部二极管持续正向偏置。为此，请使用二极管D4V7。
4. 添加由Ron、Rbleed和Doff组成的关断和导通定时电路。
5. 最后，使用Rdamp为漏极电路电感引入阻尼。

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为何选择氮化镓（GaN）？

Chang-Woo Ryu, Senior FAE, Korea