GaN功率晶体管匹配门极驱动器简介

氮化镓(GaN)HEMT是电源转换器的典范，其端到端能效高于当今的硅基方案，轻松超过服务器和云数据中心最严格的80+规范或USB PD外部适配器的欧盟行为准则Tier 2标准。虽然旧的硅基开关技术声称性能接近理想，可快速、低损耗开关，而GaN器件更接近但不可直接替代。为了充分发挥该技术的潜在优势，外部驱动电路必须与GaN器件匹配，同时还要精心布板。

对比GaN和硅开关　　更高能效是增强型GaN较硅(Si)开关的主要潜在优势。不同于耗尽型GaN，增强型GaN通常是关断的器件，因此它需要一个正门极驱动电压来导通。增强型GaN的更高能效源于较低的器件电容和GaN的反向(第三象限)导电能力，但反向恢复电荷为零，这是用于硬开关应用的一个主要优点。低栅极源和栅极漏电容，产生低总栅电荷，支持门极驱动器快速门极开关和低损耗。此外，低输出电容提供较低的关断损耗。可能影响实际GaN性能的其他差别是没有漏源/栅雪崩电压额定值和相对较低的绝对最大门极电压，Si MOSFET约+/-20V，而GaN通常只有+/-10V。

另外，GaN的导通阈值(VGTH) 约1.5V，远低于Si MOSFET(约3.5V)。如果外部驱动和负载电路能够可靠地控制源极和门极电压，开关频率可达数百kHz或MHz区域，从而保持高能效，进而减小磁性器件和电容尺寸，提供高功率密度。

GaN门极驱动对性能至关重要　　

使门极驱动电压保持在绝对最大限值内并不是唯一的要求。对于最快的开关，一个典型的GaN器件需要被驱动到约5.2V的最佳VG(ON)值，这样才能完全增强，而不需要额外的门极驱动功率。

驱动功率PD由下式得出：其中VSW为总门极电压摆幅，f为开关频率，QGTOT为总门极电荷。虽然GaN门极具有有效的电容特性，但在门极的有效串联电阻和驱动器中功率被耗散。因此，使电压摆幅保持最小很重要，特别是在频率很高的情况下。通常，对于GaN来说，QGTOT是几nC，约是类似的硅MOSFET值的十分之一-这也是GaN能够如此快速开关的原因之一。GaN器件是由电荷控制的，因此对于纳秒开关具有纳米库仑门极电荷，峰值电流为放大器级，必须由驱动器提供，同时保持精确的电压。

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