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用集成驱动器优化GaN性能:爱超下注平台
时间:2020-12-10 来源:爱超联赛 浏览量 49703 次

爱超下注平台_氮化镓(GaN )晶体管的电源性能高于硅MOSFET。 因为在同等的导通电阻的情况下,氮化镓(GaN )晶体管的终端电容低,防止了体二极管引起的反向恢复损失。 根据这些特性,GaNFET可以构建更高的电源频率,可以在维持合理的开关损失的同时提高功率密度和瞬态性能。 过去,GaN设备被PCB分割成塔式设备,由单独的驱动器驱动。

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这是因为GaN设备和驱动程序基于不同的处理技术,可能来自不同的制造商。 没有针对每个PCB导入宿主电感的接合线和导线,如图1a右图所示。 这些宿主电感在以每秒数十~数百叮电压的高压转换速率展开转换时,不会引起开关损失、振动铃、可靠性的问题。 通过组合GaN晶体管及其驱动器(图1b ),可以避免串叠电感,大幅度降低驱动器输入和GaN栅极之间的电感和驱动器短路中的电感。

本文讨论了PCB宿主效应引起的问题和允许。 在一个构筑PCB内优化这些宿主效应会增加这个问题,能够以低于100V/ns的高压率构筑优良的电源性能。 图1是由独立国家PCB内的驱动器驱动的GaN设备(a )构建GaN驱动器的PCB(b )。 图2 .用于建模的半桥电路的修正图建模设定为了建模宿主电感效果,使用了必要的驱动装置的耗尽型GaN半桥功率电平(图2 )。

半桥为升压转换器、总线电压480V、死区时间50ns时的50%频率(输入电压[VOUT]=240V )、8A的电感电流。 根据需要在电源电压电平之间驱动GaN栅极。 一个电阻驱动原作GaN器件的连接力加亲率。 电流源不仅仅对与倒数传导模式升压转换器内的电源(SW )节点连接的电感阻抗进行建模。

串叠电感高速电源中最重要的宿主要素之一是串叠电感(图1a的Lcs ),允许器件的吸出电流的振子亲率。 在传统的TO-220PCB中,GaN源从接合线流向引线,吸引电流和栅极电流从这里流过。

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该串叠电感在吸引电流迁移时调制栅极源极电压。 源极电感不会达到10nH以上(也包括接合线和PCB引线),允许转换速率(di/dt ),降低了开关损失。 在图1b右图的集成型PCB中,驱动器短路需要焊接在GaN裸芯片的源极焊盘上。

该开尔文源极连接最大限度地延长了电源环路和栅极环路共用的共源共栅电感路径,设备需要以较低的电流转换率供电。 可以将Kelvin源插槽添加到塔式PCB中。 但是,这个附加插槽不能成为标准外的电源PCB。 Kelvin源插槽必须从印刷电路板(PCB )拉回驱动器PCB,降低栅极环路的电感。

图3 .有不同共同源电感时的高级管理层连接:红色=0nH,绿色=1nH,蓝色=5nH。 E_HS是低管设备的VDS和IDS运行时间内的分数值(功耗)。 图3表示连接低管电源时的硬电源波形。

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公共源电感为5nH时,由于源的劣化效果,力亲率会减少。 更低的摆动亲率不会给你更长的开关时间,如能量消耗曲线图的右图所示,会带来更高的跨导损失。 公共源电感为5nH时,能量损失从53鞅减少到85鞅,减少了60%。 如果电源频率为100kHz,电力损失不会从5.3W减少到8.5W。

栅极环路电感栅极环路电感包括栅极电感和驱动器短路电感栅极电感是驱动器输入和GaN栅极之间的电感。 在用于独立国家PCB的情况下,栅极电感如图1a的右图所示,还包括驱动器输入接合线(Ldrv_out )、GaN栅极接合线(Lg_gan )、PCB跟踪线(Lg_pcb )。 根据不同的PCB尺寸,栅极电感不能从紧凑的表面安装PCB (例如四方扁平引线PCB )的几纳亨到引线功率PCB (例如TO-220 )的10nH以上。 如果驱动器和GaNFET构建在同一引线框内(图1b ),则GaN栅极需要焊接在驱动器输入上,可以将栅极电感增加到1nH以下。

PCB构建还可以大幅降低驱动器的短路电感(从图1a的Ldrv_gnd Ls_pcb到图1b的Lks )。。

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