氮化鎵(GaN)是電力電子產業的熱門話題,支援80 Plus鈦電源、3.8kW/L電動車(EV)車載充電器和EV充電站等設計。在許多應用中,由於GaN能夠提高功率密度和效率,可取代傳統的矽金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)。不過由於這種化合物的電氣特性和所支援的性能,使用GaN進行設計面臨與矽不同的諸多挑戰。
每個GaN電源切換都必須與適當的閘極驅動器搭配。GaN裝置可以具有獨特的敏感閘極,因為這些閘極不是典型的MOSFET,而是高電子遷移電晶體(HEMT)。GaN FET的閘極控制不正確會導致絕緣層、能障或其他結構元件的擊穿。
E模式GaN FET看起來與e模式矽FET相當類似。1.5V~1.8V的正電壓將開始開啟FET,大多數運作條件指定為6V閘極閾值運作。不過,大多數e模式GaN裝置的最大閘極閾值為7V,違反這個閾值可能會導致永久損壞。
由於傳統的矽閘極驅動器可能無法提供適當的電壓調節或無法處理GaN設計中的高共模瞬態抗擾度(CMTI),因此許多設計人員選擇如德州儀器(TI)LMG1210-Q1的閘極驅動器。無論電源電壓如何,這個裝置都能夠提供5V的閘極驅動電壓。
傳統的閘極驅動器須要對閘極驅動器的偏壓電源進行相當嚴格的調節,以免對GaN FET造成過大的壓力。相較於e模式GaN FET,疊接GaNGaN FET是更容易使用的折衷方案。
閘極驅動器與內建偏壓電源調節和d模式GaN FET的整合能夠解決e模式和疊接GaN FET的許多設計挑戰。例如,LMG3522R030-Q1是650V 30mΩ GaN裝置,具有整合式閘極驅動器和電源管理功能,可提高功率密度和效率,同時降低所面臨的風險和所需的工程工作量。