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eGaN® FETとICの特性

EPCのエンハンスメント・モードGaNトランジスタ(eGaN® FET)は、シリコンのパワーMOSFETと非常によく似ています。ただし、はるかに高性能という以外は! あなたがパワーMOSFETの使い方を知っているのなら、より高効率、より高速、より高電力密度を達成するeGaN FETに移行することは簡単でしょう。2つの技術の間の特性比較は、このビデオ「GaNの利用法 01: イントロダクション:材料の比較」をご覧ください。
データシート上で公表された絶対最大定格電圧を超えないように注意しなければなりません。設計者がこの問題を回避することを容易にするために、高速駆動能力を提供すると同時に、eGaN FETの最大電圧を制御するICがあります。GaN対応ICの最新のリストは、http://epc-co.com/epc/jp/製品/eGaNドライバ.aspxをご覧ください。さらに、オーバーシュートを最小化する効果的なレイアウトを利用することも推奨します。レイアウトに関する詳細は、ビデオ「GaNの利用法 06:設計の基礎:レイアウト」をご覧ください。
eGaN FETとICは非常に高速なので、最小の寄生インダクタンスで、あなたの回路をレイアウトするために細心の注意を払わなければなりません。EPCは、最適なレイアウト技術を開発しました。これは、ホワイト・ペーパー「Optimizing PCB Layout with eGaN FETs(eGaN FETを搭載したプリント回路基板のレイアウトの最適化)Optimizing PCB Layout with eGaN FETs(eGaN FETを搭載したプリント回路基板のレイアウトの最適化)」、およびビデオ「GaNの利用法 06:設計の基礎:レイアウト」にまとめてあります。
eGaN FETは、Si-FETのような寄生のボディ・ダイオードはありませんが、異なるメカニズムによって逆方向の導通を実現します。多数キャリアだけがGaNデバイスの導通に関係するので、逆回復はゼロです。内部ダイオードの順方向電圧は、シリコン・ベースFETのダイオードの順方向電圧降下よりも大きいので、デッドタイムやダイオードの導通時間は、最大効率を得るために最小化しなければなりません。つまり、eGaN FETのボディ・ダイオードは、わずかに大きい順方向電圧降下でショットキー・ダイオードのように振る舞います。このモードにおける動作の詳細については、「eGaN FET Electrical Characteristics (eGaN FETの電気的特性」を参照するか、以下のビデオをご覧ください。
GaNの利用法01:イントロダクション:材料の比較
GaNの利用法02:イントロダクション:動作特性
eGaNデバイスの“ボディ・ダイオード”の電圧降下は、標準的な「ゲートのしきい電圧」です。ゲートに加えられた負の電圧は、ダイオードの電圧低下「Vf」に加算されます。したがって、もし逆方向の導通特性を利用するつもりなら、「負」のゲート電圧をかけることは絶対に推奨されません。

シリコンMOSFETとは異なり、通常のデッドタイムの間、待つ必要はありません。言い換えれば、スイッチが10 ns(標準値)未満でオフするので、チャネルをオンする前に、同じレッグの他のデバイスがオフした後、40 ns~60 nsの間、待つ必要はありません。任意の同期整流用FETの用途のように、ダイオードの導通は最小のままにしておく必要があります。ホワイト・ペーパー「Dead-Time Optimization for Maximum Efficiency(最大効率のためのデッドタイムの最適化)Dead-Time Optimization for Maximum Efficiency(最大効率のためのデッドタイムの最適化)」を参照してください。
EPCのeGaN®FETは、シリコン・パワーMOSFETと非常によく似ています。ただし、これらの高性能デバイスの電気的なテストを実施する前に、理解しなければならない重要な違いがいくつかあります。詳細は、EPC GaN Transistor Parametric Characterizationを参照してください。
EPCの製品ファミリーの最高動作温度の定格は150℃です。一般に、GaNトランジスタは300℃もの高温条件下で動作する能力があります。EPCのデバイスは、鉛フリーはんだを使うプリント回路基板の上にチップスケール・パッケージの形態のフリップチップとして実装されます。これと、商用プリント回路基板の表面で許される最高温度が標準的には105℃以下であるということの2つの理由で、EPCは初期には、より高い温度でのこれらの部品の定格化をしていません。
ゲート-ソース間のしきい値はデータシートの図9に示されるように、本質的に温度に対してフラットです。これは、高温下でのターンオフ障害を避け、伝達特性曲線のわずかに負の温度係数に従って、線形回路においてスイッチング遷移中の電流の集中を防ぎます。
EPCのeGaN FETとICには、過電圧定格があります。一般的な仕様や定格での利用については、デバイスのデータシートを参照してください。
熱抵抗は、ディスクリートのパワー・デバイスの能力を決める大切な要素です。デバイスの熱特性から、最大消費電力と最大電流の両方をユーザーのアプリケーションに対して求めることができます。従来のシリコンMOSFETの熱特性は、よく理解されていますが、eGaN® FETとICの熱特性の測定には、いくつかの説明を追加する必要があります。EPCでは、eGaN FETの熱抵抗の測定結果やテスト方法を調べたアプリケーション・ノートEPC GaN Transistor Parametric Characterization Guideを用意しています。熱抵抗のデータは、パラメータによるセレクタ・ガイドの各デバイスのデータシートに記載してあります。さらに、熱モデルはデバイス・モデルのページをご覧ください。
GaNトランジスタは、300°Cもの高温でうまく動作することが実証されています。製品化されたEPC製品の温度定格はeGaN FETとICの製品のページおよびデータシートを参照してください。
「ミラー容量」、すなわちゲート-ドレイン間容量CGDは、これらのデバイスでは非常に小さい値です。したがって、「ミラー効果」によるスイッチング損失も非常に小さくなります。dv/dtの間の「ミラー効果」の扱いは、MOSFETでの扱いと似ています。低耐圧デバイスでは、CGDとゲート-ソース間容量CGSとの間の容量分圧器は、デバイスをオフのままに保つためには十分です。高耐圧品では、高いdv/dtの下でデバイスをオフのままにしておくために、オフする経路を低インピーダンスにすることが要求されます。EPCは、非常に高いdv/dtでのeGaN FETのオン/オフを効果的に管理するドライバICを生産するためにICメーカーと協業し、当社のeGaN FETを簡単に駆動できるようにしています。
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