发布时间：2025-02-11 阅读量：1498 来源: 发布人: lina
【导读】在不断追求减小电路板尺寸和提高效率的征途中，氮化镓场效应晶体管(GaNFET)功率器件已成为破解目前难题的理想选择。GaN是一项新兴技术，有望进一步提高功率、开关速度以及降低开关损耗。这些优势让功率密度更高的解决方案成为可能。
在不断追求减小电路板尺寸和提高效率的征途中，氮化镓场效应晶体管(GaNFET)功率器件已成为破解目前难题的理想选择。GaN是一项新兴技术，有望进一步提高功率、开关速度以及降低开关损耗。这些优势让功率密度更高的解决方案成为可能。
当前市场上充斥着大量不同的Si MOSFET驱动器，而新的GaN驱动器和内置GaN驱动器的控制器还需要几年才能面世。除了简单的专用GaNFET驱动器（如 LT8418)外，市场上还存在针对GaN的复杂降压和升压控制器（如LTC7890, LTC7891)。目前的四开关降压-升压解决方案仍有些复杂，但驱动GaNFET并不像看起来那么困难。利用一些简单的背景知识，可以通过调整针对Si MOSFET的控制器来驱动GaNFET。LT8390A是一个很好的选择。这是一款专业的2 MHz降压-升压控制器，死区时间(25 ns)非常短，参见图1。该降压-升压方案的检测电阻与电感串联，且位于两个热环路的外部，这是降压-升压方案的一个新特性，让控制器能够在升压和降压工作区域（以及四开关降压-升压）中以峰值电流控制模式运行。本文深入探讨了四开关降压-升压GaNFET控制，但其原理同样适用于简单的降压或升压控制器。
图1. EVAL-LT8390A-AZ 24 VOUT 5 A 4 四开关降压-升压GaN控制器原理图
5 V栅极驱动器必不可少
对于高功率转换，硅驱动器通常工作在5 V以上，典型的硅MOSFET栅极驱动器电压范围为7 V至10 V甚至更高。这对GaNFET提出了挑战，因为其绝对最大栅极电压额定值通常为6 V。甚至栅极和源极回路上的杂散PCB电感引起的振铃如果超过最大栅极电压，也可能导致灾难性的故障。相关设计人员必须仔细考虑布局，尽可能降低栅极和源极回路上的电感，才能安全有效地驱动GaNFET。除了布局之外，实施器件级保护对于防止栅极发生灾难性过压也很重要。
LT8390A提供专为较低栅极驱动FET设计的5 V栅极驱动器，因而是驱动GaNFET的理想选择。问题是硅FET驱动器通常缺乏针对意外过压的保护。更具体地说，硅栅极驱动器上顶部FET的自举电源不受调节，这意味着顶部栅极驱动器很容易漂移到GaNFET的绝对最大电压以上。图2提供了解决此问题的方案：将一个5.1 V齐纳二极管（D5和D6）与自举电容并联，以将该电压箝位在GaNFET的推荐驱动电平，进而确保栅极电压始终在安全工作范围内。
图2. 带有GaN控制保护元件的简化四开关降压-升压GaN控制器原理图
此外，为了提供更好的保护，添加一个10 Ω电阻与自举二极管（D3和D4）串联，以减小超快速和高功率开关节点可能引起的任何振铃。
死区时间和体二极管挑战
传统转换器中有一个续流二极管，它在关断期间导通。同步转换器用另一个开关代替续流二极管，以减少二极管的正向导通损耗。然而，如果顶部和底部开关同时导通，就会发生故障，导致击穿。如果发生击穿，则两个FET都可能短路接地，进而造成器件故障和其他灾难性后果。为了防止这种情况，控制器设置了死区时间，即顶部和底部开关均不导通的时间段。典型同步DC-DC控制器实现的死区时间长达60 ns。体二极管在此期间导通，因此对于硅MOSFET来说，该死区时间不会造成麻烦。
GaNFET没有体二极管，导通和关断的速度比硅MOSFET快得多。GaNFET可以在2 V至4 V的电压下导通，而二极管的典型导通电压为0.7 V。导通电压乘以导通电流，可能导致死区时间内的功率损耗增加近6倍。功率损耗的增加，加上较长的死区时间，可能造成FET过热和损坏。比较好的解决方案是尽量缩短死区时间。然而，原本用于硅FET的控制器是根据硅FET缓慢的通断特性（数十纳秒）来设计死区时间，为防止击穿，死区时间通常较长。
LT8390A设定的死区时间为25 ns，与市场上的许多同步控制器相比，该死区时间相对较短。该器件适用于高频、高功率MOSFET控制，但对于GaNFET来说仍然太长。GaNFET的导通速度很快，仅几纳秒。因此，为了减少死区时间内的额外导通损耗，建议添加一个续流肖特基二极管与同步GaNFET反向并联，将导通路径转移到损耗较小的路径。图2中的D1和D2说明了肖特基二极管应放置在哪个FET上。D1跨接于同步降压侧FET，而D2跨接于同步升压侧FET。简单的降压转换器只需要放置D1。对于简单的升压转换器，需使用D2。
更高频率、更高功率
LT8390A的开关频率高达2 MHz。GaNFET的开关损耗显著低于Si MOSFET，开关频率和电压更高时，其功率损耗与后者相近。EVAL-LT8390A-AZGaNFET板将开关频率设置为2 MHz，以突出 GaNFET在效率和尺寸方面的优势。
在室温、24 V输出下，GaNFET可产生120 W功率。该板尺寸与之前的LT8390A评估板 DC2598A相当，后者使用硅MOSFET，并提供12 VOUT和48 W功率。图3展示了2 MHz GaN降压-升压电路的最大功率能力，而图4比较了两种评估板的效率。即使在电压更高、输出功率高2.5倍的情况下，GaNFET板的效率也高于Si MOSFET板。在电路板面积相似时，使用GaNFET可以以更高的电压和功率运行。
图3. EVAL-LT8390A-AZ最大输出电流与输入电压的关系，该板可在高频下通 过宽输入范围产生120 W功率
图4. EVAL-LT8390A-AZ GaN控制器效率与DC2598A Si MOSFET控制器效率，GaNFET在更高电压下提供更高的效率
结论
如果没有专门用于驱动GaNFET的DC-DC控制器，我们仍然可以有效地驱动GaNFET。在电路板面积近似时，即便使用原本用于驱动Si MOSFET的控制器，EVAL-LT8390A-AZ也能轻松输出更大的功率并实现更高的效率。表1推荐了多款用于驱动GaNFET的控制器。如果功率要求更高，例如并联降压-升压GaNFET控制，请联系厂家。通过研究提供5 V栅极驱动器的控制器并整合额外的外部保护电路元件，我们可以安全地驱动GaNFET，并探索电源转换设计中的更多选择。
免责声明：本文为转载文章，转载此文目的在于传递更多信息，版权归原作者所有。本文所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请联系小编进行处理。
推荐阅读：
D类放大器1L调制技术在汽车音响系统应用中如何缩小尺寸，增强音质？
格科微电子（688728.SH）2024年度财务报告显示，公司年度营收突破63.83亿元人民币，实现35.9%的同比增幅，归母净利润呈几何级增长达1.87亿元，EBITDA指标跃升107.13%至14.15亿元。这种爆发式增长源自其在CMOS图像传感器(CIS)领域实施的"技术锚定+场景穿透"双轮驱动战略，特别是在高像素产品矩阵构建和新兴应用市场开拓方面取得突破性进展。
RS2604作为一款高集成度、可配置OVP（过压保护）和OCP（过流保护）的eFuse开关，专为12V24V母线电压接口设计，兼顾热插拔保护与动态负载管理。其输入电压覆盖4.5V40V，极限耐压高达45V，适用于工业设备、汽车电子及消费电子领域。通过外部电阻灵活设置350mA至2.5A的限流值，结合±7%高精度电流检测，RS2604在安全性与能效间实现平衡，成为复杂电源系统的核心保护方案。
荷兰半导体巨头恩智浦于2025年4月28日披露的财报显示，公司第一季度营收28.35亿美元，同比、环比均下滑9%，但略超市场预期。在汽车、工业与物联网等核心业务需求疲软的背景下，Non-GAAP毛利率同比下降2.1个百分点至56.1%，自由现金流则维持在4.27亿美元，突显其成本控制能力。值得关注的是，管理层对第二季度营收指引中值（29亿美元）释放出环比复苏信号，但关税政策的不确定性仍为业绩蒙上阴影。
根据IDC最新发布的企业级存储市场追踪数据，2024年中国存储产业迎来结构性增长拐点。全年市场规模达69.2亿美元，在全球市场占比提升至22%，展现出强劲复苏态势。以浪潮信息为代表的国内厂商持续突破，在销售额（10.9%）和出货量（11.2%）两大核心指标上均跻身市场前两强，标志着本土存储生态的成熟度显著提升。
全球消费电子巨头索尼集团近期被曝正酝酿重大战略调整。据彭博社援引多位知情人士透露，该集团拟对旗下核心半导体资产——索尼半导体解决方案公司（SSS）实施部分分拆，计划于2023年内推动该子公司在东京证券交易所独立IPO。该决策标志着索尼在半导体产业布局进入新阶段，同时也预示着全球图像传感器市场格局或将发生重要变化。
