为增强型GaN功率晶体管匹配门极驱动器

氮化镓(GaN)是最接近理想的半导体开关的器件，能够以非常高的能效和高功率密度实现电源转换。但GaN器件在某些方面不如旧的硅技术强固，因此需谨慎应用，集成正确的门极驱动对于实现最佳性能和可靠性至关重要。

理论上，GaN器件在VGS = 0安全关断，但在现实世界中，即使是最好的门极驱动器，直接施加到门极的电压也不可能是0V。根据VOPP = -L di/dt (图1)，在门极驱动回路共有的源引线中的任何串联电感L都会对门极驱动器产生相反的电压VOPP，这会导致高源di/dt的假开关。同样的影响可能是由关态dv/dt迫使电流流过器件的“Miller”电容造成的，但对于GaN，这可忽略不计。一种解决方案是提供一个负门极关断电压，可能-2或-3V，但这使门极驱动电路复杂，为避免复杂，可通过谨慎布板和使用以‘开尔文连接’和具有最小封装电感的器件如低高度、无铅PQFN型封装。　

图1：源极和门极驱动共有的电感会引起电压瞬变

GaN器件不一定适合于所有的拓扑结构，如大多数“单端”反激式和正激式没有反向导通，而且其高于硅MOSFET的额外成本超过了任何小的能效优势。然而，“半桥”拓扑-如图腾柱无桥PFC、LLC转换器和有源钳位反激-将自然成为GaN的根据地，无论是硬开关还是软开关。这些拓扑都有“高边”开关，其源是个开关节点，因此门极驱动被一个具有纳秒级的高压和高频波形所抵消。门极驱动信号于参照系统地面的控制器，因此高边驱动器必须将电平移位与适当的耐压额定值(通常为450 V或更高)结合起来。它还需要一种为高边驱动产生低压电源轨的方法，通常采用由自举二极管和电容组成的网络，参照开关节点。开关波形应力为dV/dt，GaN可达100 V/ns以上。这导致位移电流流经驱动器到地面，可能导致串联电阻和连接电感的瞬态电压，可能损坏敏感的差分门极驱动电压。因此，驱动器应具有较强的dV/dt抗扰度。

为了最大限度地防止灾难性的“击穿”和实现最佳能效，半桥高边和低边器件应保证无重叠被驱动，同时保持最少的死区时间。因此，高边和低边驱动应有控制非常好的、匹配的传播延迟。　　对于低边，接地驱动器应直接在开关源进行开尔文连接，以避免共模电感。这可能是个问题，因为驱动器也有一个接地信号，这可能不是最好的连接。因此，低边驱动器可能采用隔离或某种分离功率和信号的方法，具有一定程度的共模电压容限。

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