在這篇文章中，我們介紹了工程師在為他們的專案選擇最佳氮化鎵（GaN）柵極驅動器時應該考慮的關鍵因素。

氮化鎵（GaN）在電力電子中的優勢

氮化鎵（GaN）是一種寬頻隙半導體材料，具有更高的擊穿強度、更快的開關速度、更高的熱導率和更低的導通電阻。基於GaN的功率器件顯著優於矽基器件。由於GaN在開關性能和尺寸減小方面的顯著改進，可以為大量應用實現創紀錄的功率密度和效率，為節能和高性能解決方案的進步做出貢獻。

氮化鎵（GaN）柵極驅動器的類型

與矽基器件相比，氮化鎵（GaN）FET基功率轉換系統具有更高的效率、更高的功率密度和更低的整體系統成本。這些有利特性促使電力電子元件生態系統不斷擴大，包括專門設計用於增強eGaN® FET性能的柵極驅動器、控制器和無源元件。

選擇氮化鎵（GaN）柵極驅動器時的關鍵考慮因素

柵極驅動器IC在最大化eGaN FET的開關速度能力方面起著至關重要的作用。為了確保與eGaN FET的相容性，柵極驅動器必須具有適合5 V驅動的UVLO、低上拉和下拉電阻、小尺寸以及具有足夠共模瞬態抗擾度（CMTI）的隔離，以承受高dv/dt。一些eGaN相容驅動器的其他有益特性包括集成電壓調節器、自舉管理和非常窄的脈衝寬度能力。

氮化鎵（GaN）柵極驅動器的要求

為了滿足高頻和高性能應用的需求，氮化鎵（GaN）場效應電晶體的門極驅動器必須考慮以下因素以實現最優性能：

1. 高側自舉電壓“鉗位” - 用於管理低側FET反向電流傳導（反向傳導電壓可達2.5 V，可將自舉電容器充電至7 V以上），用於自舉電源驅動的半橋驅動器。
2. 應驗證欠壓鎖定（UVLO），建議禁用時在3.6 V範圍內，啟用時在4.0 V範圍內。
3. 由於氮化鎵（GaN）器件可以非常快速地開關，門驅動器應該能夠承受高的dv/dt；推薦的能力大於100 V/ns。
4. 應儘量減少最小停滯時間，以減少停滯時間損失，理想情況下應在20-40ns範圍內。
5. 可能需要與較低的FET並聯的小型低成本肖特基二極體。
6. 分離Ron/Roff引腳。
7. 超溫限值保護。

考慮到這些要求，也可以使用通用的MOSFET柵極驅動器IC與使用氮化鎵（GaN）FETs進行以下修改。

使用氮化鎵（GaN）場效應電晶體控制器積體電路時應考慮的關鍵因素

在某些情況下，設計師更傾向於使用帶有集成MOSFET柵極驅動器的控制器IC。只要滿足某些條件，將這些驅動器與氮化鎵（GaN）場效應電晶體（GaN FETs）一起操作是可行的。關鍵的考慮因素是自舉二極體應該是外部的，並且UVLO設置應與GaN FETs的要求對齊。當修改基於MOSFET的半橋柵極驅動器時，我們建議在自舉電容器上添加一個5.2 V的齊納鉗二極體，與自舉二極體串聯的限流電阻器，以及（如果適用的話）在較低的FET上添加一個反並聯二極體。這些組合措施有效地限制了自舉過電壓。

到目前為止，我們依賴於二極體，無論是內置於柵極驅動器內部還是外部，用於引導電源。由於工藝限制，柵極驅動器內部的二極體會出現反向恢復現象，從而導致降壓轉換器的上側FET的電位損失。為了解決這個問題，引導二極體可以被替換為氮化鎵場效應電晶體（GaN FET），從而創建一個同步的FET引導電源。引入氮化鎵場效應電晶體（GaN FET）可以替代引導二極體的功能，並額外調節引導電容器，因為它可以在兩個方向上導電。同步引導FET電路在較高頻率下表現最佳，或者可以用來消除反向恢復引起的開關節點電壓過渡失真。

以下是將同步自舉電源改裝到柵極驅動器的步驟：

1. 首先引入同步自舉場效應電晶體，將源極連接到5V電源，漏極連接到自舉電容器電路。
2. 使用電容器Cenh和二極體Denh實現較低FET柵極信號的電壓偏移，以便在低FET柵極保持低電平時對該電容器進行充電。
3. 略微減少對門驅動器的主電源供應，以防止內部二極體持續正向偏置。為此，請使用二極體D4V7。
4. 添加由Ron、Rbleed和Doff組成的關斷和導通定時電路。
5. 最後，使用Rdamp為漏極電路電感引入阻尼。

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Chang-Woo Ryu, Senior FAE, Korea