日职联赛-英超多少轮比赛-欧洲杯外围赛-2425德乙联赛赛程|www.tuangou168.com

GaN FET 在高頻 DC-DC 轉(zhuǎn)換器等電源系統(tǒng)中越來越受到青睞。

因此，電力電子領(lǐng)域的大多數(shù)主要廠商都推出了氮化鎵 (GaN) 功率 FET，這些器件利用了GaN獨特的特性——減少柵極電荷 (Qg)、輸出電容 (COSS) 和反向恢復(fù)損耗——從而實現(xiàn)更快地切換并節(jié)省更多電量。

GaN FET 的開關(guān)速度非常快，因此可以使用更小的無源元件以及變壓器、電感器和其他磁性元件，從而節(jié)省空間和成本，但 GaN 的獨特特性也帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。

ADI多重市場電力部門董事總經(jīng)理AI Wu表示，如果沒有專門設(shè)計用于控制 GaN 功率 FET 的柵極驅(qū)動器 IC，則很可能會影響性能，甚至?xí)�增加�?FET 造成永久性損壞的風(fēng)險。

為了提供更穩(wěn)健、更可靠的控制，ADI推出了一款柵極驅(qū)動器 IC，可提供峰值 4A 的拉電流和高達 8A 的灌電流，以及快速傳播延遲，以挖掘 GaN 功率FET的潛力。Wu 表示，作為該公司首款專為 GaN 設(shè)計的柵極驅(qū)動器，LT8418 還可以承受快速開關(guān)速度（每納秒高達 50V）下可能出現(xiàn)的高電壓瞬態(tài) (dv/dt)。ADI在APEC 2024上宣布推出了該款柵極驅(qū)動器。

除了提供大的拉電流和灌電流之外，100V柵極驅(qū)動器還提供 0.6Ω 上拉電阻和 0.2Ω 下拉電阻，以適應(yīng) FET 的開啟和關(guān)閉速率。該 IC 集成了一對驅(qū)動級，因此能夠控制半橋拓撲中的兩個 GaN 功率 FET。此外，它還可以配置為全橋或降壓、升壓和降壓-升壓拓撲。

Wu 表示，柵極驅(qū)動器 IC 主要適用于高頻 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。它還適用于升級到 GaN 的數(shù)據(jù)中心的電機驅(qū)動器和電源，以節(jié)省空間和電力。

柵極驅(qū)動器：解鎖更快開關(guān)速度的關(guān)鍵

柵極驅(qū)動器在電力電子領(lǐng)域發(fā)揮著核心作用。 它充當 MCU 或脈寬調(diào)制 (PWM) 控制器與 FET 之間的接口，控制器可輸出信號來控制電源的占空比、頻率和死區(qū)時間等功能。 由于 FET 的功率輸出質(zhì)量會影響電源的性能，因此在選擇柵極驅(qū)動器 IC 時必須小心。

雖然 GaN 功率 FET 的開關(guān)速度比硅更快，但它們必須處理高瞬態(tài)電壓 (dv/dt)，這代表開關(guān)時電壓隨時間變化的速率。 Wu 表示，功率 FET 的漏極和源極之間的高 dv/dt 可能會導(dǎo)致多種問題：功率損耗過大、誤切換，甚至對器件造成永久性損壞。柵極驅(qū)動器有責(zé)任仔細控制和驅(qū)動 FET 并防止任何意外后果。

FET 在導(dǎo)通和截止狀態(tài)之間保持的時間越長，開關(guān)瞬態(tài)損失的功率就越多。 用于驅(qū)動器件中柵極的電流決定了轉(zhuǎn)換所需的時間。 如果有足夠的電流流入 FET，電壓就會上升到器件自行開啟的點。 柵極驅(qū)動器必須能夠在開關(guān)過程中提供高電流，以處理快速轉(zhuǎn)換速率。 這樣做可以減少死區(qū)時間，從而減少 FET 所經(jīng)歷的功率損耗以及產(chǎn)生的熱量。

LT8418 是一款具有獨立導(dǎo)通和關(guān)斷路徑的分離柵極驅(qū)動器。 Wu 表示，這樣做可以調(diào)整 GaN 功率 FET 的開啟和關(guān)閉壓擺率，以限制振鈴并減少電磁干擾 (EMI)，EMI會在快速開關(guān)下產(chǎn)生，并對系統(tǒng)造成影響。 高側(cè)和低側(cè)輸出具有獨立的上拉 (0.6 Ω) 和下拉 (0.2 Ω) 電阻，可用于調(diào)整開啟和關(guān)閉時間。

Wu 表示，柵極驅(qū)動器的輸入和輸出也具有默認的“低”，以防止功率 FET 錯誤地自行開啟。 根據(jù) dv/dt，GaN FET 的柵極輸入端可能會產(chǎn)生過電壓。 該電壓基于其柵極-漏極電容 (Cgd) 和柵極-源極電容 (Cgs) 之間的比率或流向放置在柵極前面的電阻器的電流，該電壓可能會導(dǎo)致 FET 意外導(dǎo)通。

Wu 警告說，GaN 功率 FET 的另一個挑戰(zhàn)是其內(nèi)部的柵極容易受到電壓尖峰的影響，特別是電源拓撲高壓側(cè)的 FET，從而造成永久性損壞。 在內(nèi)部柵極關(guān)閉和開啟之間的死區(qū)時間間隔內(nèi)，GaN 功率 FET 從源極到漏極可能會經(jīng)歷 2 至 3V 的壓降，在某些情況下甚至更高，然后電壓降將添加到電源電壓上并可能導(dǎo)致過壓。

既然需要防止任何損壞，需要非常準確地向 GaN FET 提供電壓，這就要采用某種形式的電源調(diào)節(jié)。 一般來說，柵極驅(qū)動器 IC 與單獨的 DC-DC 偏置電源或自舉二極管配對，以提供自舉電壓，以幫助驅(qū)動高壓側(cè)的 GaN 的柵極。但是，LT8418 集成了一個“智能開關(guān)”，可以以最小壓差完全控制 VCC 的平衡自舉電壓輸出。

內(nèi)部的“智能”自舉開關(guān)用于調(diào)節(jié)高側(cè)柵極驅(qū)動電壓，使其在 GaN FET 的安全工作區(qū) (SOA) 內(nèi)運行，確保在所有條件下都能充分可靠地運行。

柵極驅(qū)動器的損耗

為了跟上超過 1 MHz 的快速開關(guān)頻率，如上所述，LT8418 泵出 4 A 的峰值拉電流和 8 A 的灌電流，以實現(xiàn) GaN 功率場效應(yīng)管的快速開通和關(guān)斷。

Analog Devices 表示，該柵極驅(qū)動器的電源電壓為 3.85 至 5.5 V，具有 10 ns 的快速傳播延遲，并在頂部和底部通道之間保持 1.5 ns 的延遲匹配。

這樣可以響應(yīng)來自電源核心的 MCU 或其他控制器的 PWM 信號，以更高的保真度更準確地再現(xiàn)所需的電源開關(guān)波形。

GaN 功率 FET 的另外獨特性之一是器件內(nèi)部沒有體二極管，從而消除了反向恢復(fù)損耗 (Qrr)。 Wu 表示，通過消除這些功率損耗，GaN FET 可以在高頻、硬開關(guān)拓撲中提供更好的效率。

盡管如此，GaN 功率 FET 仍可能會出現(xiàn)反向電流傳導(dǎo)形式的功率損耗。 通過盡可能減少接通和斷開周期之間的死區(qū)時間，可以最大限度地減少此類傳導(dǎo)損耗。

較短的傳播延遲也有意義，因為它可以使 FET 的開啟和關(guān)閉周期之間的死區(qū)時間更短且變化更小，從而減少快速變換期間可能增加的功率損耗和熱量。 柵極驅(qū)動器包含一對完全獨立的 PWM 輸入（半橋的高側(cè)和低側(cè)各一個）。 它們還具有邏輯兼容性，以便需要更精確的控制。

LT8418 采用尺寸為 1.67 × 1.67 mm 的緊湊型 WLCSP BGA 封裝，以降低寄生電感，使其能夠廣泛應(yīng)用于高性能和高密度電源系統(tǒng)。

柵極驅(qū)動器配備了多種內(nèi)部保護功能，包括過壓和欠壓鎖定 (UVLO) 保護，以防止 GaN 功率器件在驅(qū)動電壓不足的情況下開啟。