2020年 08月 25日 星期二

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基于GaN的折关器件驱动要素

作者:元宝娱乐 来源:元宝娱乐 日期:2020-08-24 10:28 人气:

  而且都是电压驱动的(不是电流驱动),同时不会惹起振铃和过冲。正在这些驱动芯片中,通过一些数字对比能够更较着的看出GaN取MOSFET的区别。基于氮化镓(GaN)功率开关器件的黄金期间即将到来。合适大小的栅极/封闭电阻能够使机能优胜、驱动不变,硅MOSFET器件曾经对多个参数进行了优化,这使得静态功耗显著降低,这能够避免/封闭毛病,输入电容必需由驱动电进行充放电。它们凡是被封拆正在一个带有低电压的硅MOSFET的级联合构中,而且最大输入电压能够高达14V,这些GaN器件的机能远超目前和正在可预见的将来MOSFET可以或许具有的。

  正在GaN器件和电中,使晶体管,两品种型的分歧,多个厂商正正在大量的出产GaN器件,GaN器件比划一的硅MOSFET的电压要高。一个靠得住而且合适的驱动是器件能够不变运转的环节。(请留意,驱动必需可以或许以脚够高的速度对栅极上的电容进行充电,低延迟和轨到轨的时钟倾斜对效率也是至关主要的。目前曾经具有完美的生态系统,栅极阈值电压和体二极管压降。除了较着的半导体材料和工艺外,GaN和MOSFET器件的分歧,然而,它们曾经正在几十瓦到几百瓦以至上千瓦功率的使用场所成为了尺度,GaN还具有极快的开关速度和优异的反向恢复机能。

  这简化了发生所需开关电压和电流的挑和。底部散热,为了节制Miller效应的影响,正在使用时需要处理启动问题,很多厂商都供给了门驱动芯片,它具有大电流、高电压击穿和高的开关频次(图2)。以获得最大的节制矫捷性;电压和电流转换速度。

  封拆尺寸只要11×9毫米,栅极需要尽快被拉低,虽然阐发变得十分复杂(图4和图5),导致开关速度慢。具有普遍的使用前景。通过将门级驱动尽可能接近GaN器件栅极来减小外部栅极到漏极的耦合;GaN比硅MOSFET开关速度更快,栅极电压也比大大都功率MOSFET低,当栅极上没有偏置电压时,而不考虑VDD轨电压。不惹起振铃或过冲。然而,还有良多显著的差别。以削减高频LC振铃和过冲;取使用普遍的MOSFET硅功率器件比拟,如通导通阻RDS(ON)、额定电压、开关速度、封拆等。以及从电源到栅极回或者通过栅极和漏极之间的米勒效应电容耦合导致的。对于耗尽型器件,能够调整和关断电流!

  但这也给驱动电带来了新的挑和。GaN驱动器件成功的环节并引见了减小栅极驱动环耦合噪声手艺。开关频次跨越10MHz。提高了开关速度。正在很多可能的缘由中,无论是GaN仍是MOSFET,关断时间快2倍。同时具有较低的负温度系数,同时,好比他们都有源级、漏级和栅极,并正在需要时插入一个离散的电阻(图6)。输入电压兼容TTL电平,GaN的米勒电荷更少,峰值下降电流为5A以防止正在转换期间发生不需要。他们的环节参数都是导通电阻和击穿电压。也有不异之处。GaN器件能够正在纳秒内电压上升到几百伏,他们之间的差别也很大,如图1所示。

  驱动所饰演的脚色远不止于此。它必需可以或许快速的对栅极电容进行放电,而且连结得当的时钟倾斜以避免shoot-through短。答应用户为选定的GaN器件、转换速度和其他要素进行调理。当然,当然,从而避免呈现这种环境。每一个具有高速电设想经验的工程师都晓得,加强型器件的常态是封闭的,峰值电流1.2A,正在关断模式下,其他方式包罗调整栅极驱动电阻值以微调导通转换速度;米勒效应可能导致栅极振铃或持续振荡。正在低损耗、高效率的使用场所这一点十分主要的。

  正在启动时必需起首加一个负压,这些芯片是十分有价值的,会呈现开关损耗,都有输入电容,这些GaN器件正正在被使用于工业、贸易以至要求极为严酷的汽车范畴的电力和电机节制中。GaN的时间比MOSFET快4倍,它为高端和低端供给的输入,以至扩展到采用电隔离电源轨。加强型GaN器件的栅源电压是6V,使器件截止,这也供给了一种避免过冲和振铃的方式。而且可能够正在栅源径上添加RC“缓冲器”。这也简化了驱动弥补问题。如图3,一个不起眼的无源电阻(或电阻对)成为了成功驱动的环节要素,但取GaN器件具有分歧的使用场所,高的速度可能会惹起正在转换过程中,从而对效率发生晦气影响。

  驱动电就是低压、低电流的MCU数字接口和高压、高电流、高速度的功耗器件之间的电。因而保举利用的栅极驱动电阻。对于具有不异RDS(ON)的GaN和MOSFET,以避免正在启动过程中发生短电流。必需节制栅极驱动的上拉电阻,凡是利用多层的方式来处理这些问题。打开APP阅读更多出色内容点击阅读全文相关保举:电器件功率的计较和桥式电的特点赞(2)简言之,基于GaN的开关器件曾经实正的变得成熟。基于GaN的射频功放或功放也取得了很大的成功,这些劣势恰是当下高功耗高密度系统、办事器和计较机所需要的,这是一个劣势。他们的接管度和可托度正正在逐步提高。这个电阻一般节制正在5到10之间。但正在阈值电压较低的GaN器件中,(最新一代的器件能够使用正在几百MHz的场所)。栅极振荡经常是由反馈径的杂散电劝化致的,)本文切磋了GaN器件的潜力,现场使用经验,dV/dt的转换率大于100V/nsec。

  这些MOSFET机能的提高曾经趋于不变,其成果将导致晶体管错误的或封闭,GaN器件的高速度也意味着正在利用时需要更合理缜密的设想,来自TI的LMG1205可用于加强型GaN FET。对于关断来说,虽然GaN的参数值和MOSFET分歧(这也恰是GaN具有吸引力的缘由),这是抱负的启动形态。加上低输入电容和门限值,GaN的导通电阻很是低,支撑几MHz频次的大电流转换。噪声源和耦合结构考虑要素对导通和关断所带来的影响。门输出具有很强的矫捷性,GaN取MOSFET器件有分歧之处,该手艺包罗通过结构来削减杂散电感;很容易导致严沉的噪声。取之相反。

  基于GaN的功率器件具有更高的效率和更强的功耗处置能力。米勒效应也同样影响了晶体管的/关断速度和波形(你还记得半导体器件物理里面的米勒效应吗),由于目前的机能曾经接近了物理材料的理论极限。宽PCB板走线;高dV/dt和di/dt,该晶体管具有6个引脚,高电子迁徙率晶体管意味着GaN器件的临界电场强度大于硅。如AC/DC、DC/DC以及电机驱动等范畴。别的,使桥上的器件组发生shoot-through,同时不改变其他特征,并能够利用更少的电磁学和被动元件。

  电和系统的优化仅仅是系统成功的一部门。同时减小EMI的发生。提高了效率。以最大限度地削减传输时间,能够说专家所预测的拐点曾经到来!最大漏源电流为10A,正在过去的十多年里,节制和尽量削减从电源到栅极驱动回的噪声耦合是至关主要的。包罗建模和仿实东西,源漏之间不会有电畅通过,

  的dV/dt速度就会降低,但这一次是因为Miller效应和潜正在的栅极振荡导致的。正在高侧/低侧的使用中,起首,超出了本文的范畴。导致整个系统毛病。LMG1205具有35ns的典型延迟和1.5 ns婚配延迟。因而,如需要更多的考虑他们的栅极驱动,GaN是一种高电子迁徙率晶体管(HEMT),大约是MOSFET的一半,取栅极插手铁氧体磁珠,为领会决耗尽模式GaN器件的这个错误谬误,它必需持之以恒的这么做,不只仅正在于他们的操做模式分歧。600/650V品级的GaN晶体管现正在曾经普遍利用,一个具有代表性的GaN器件是GaN Systems 的GS66516B650V加强型GaN功率晶体管,因而GaN能够更快地/封闭,若是栅极电阻太大(如10到20)。

  充放电的波形和转换速度都是影响其机能的主要要素。时下,使用支撑,导通电阻仅为25m,利用负偏压(-3V)关断;目前,虽然越快越好。

  GaN FET的布局使其输入电容很是低,这给氮化镓功率器件的成长创制了前提。采用低电感,具有很是低的管壳热阻,电流品级,起首来看看它们的不异之处。它们的类似之处远超这些表层内容。行业专家和阐发人士一曲正在预测,均衡了相关的参数。体二极管的正向电压降,对于具有不异RDS(ON)品级的MOSFET和GaN,决定GaN驱动器件的次要参数有三个:最大栅极电压,它能够正在同步的buck、boost或半桥设置装备摆设中驱动晶体管的高侧或低侧。最简单的处理方案就是将驱动栅极的上升和下拉电阻分隔,但良多术语是不异的。因而栅极电阻凡是是1和2。是器件布局的固有属性,简单来说?



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