一个molex 安费诺 德尔福汽车连接器NCP51820 GaN门驱动器与一个N
- 发布时间：2020-03-16 15:15:49
将栅极驱动器与GaN功率晶体管相匹配
企业服务器和云数据中心电源的“80+Titianium”和外部电源适配器的EU CoC Tier 2等节能举措，正在引导电源设计师选择GaN开关技术，以从设计中获得更高的效率。由于GaN不是现有硅技术的替代品，为了获得最大的利益，驱动器和主板的布局必须与新技术相匹配。
比较GaN和硅开关
GaN的速度很快，因为设备电容很低，而且它们可以反向传导(第三象限)，而不需要反向恢复费用，这在硬开关应用程序中是一个真正的优点。因此，损失降低了，但也带来了一些负面影响。一个缺点是设备没有雪崩电压等级和门驱动是非常关键的，与一个其他类似的Si设备的+/-20V相比，典型的绝对最大电压等级只有+/-10V。另一种情况是，增强模式(E-mode) GaN是一种正常的关断器件，其栅导通阈值也低于Si，约为1.5V，而Si为3.5V。至关重要的是，要想获得低损耗、高功率密度和高可靠性的预期收益，就必须优化栅极驱动电路，使其具有强大的保护功能。
GaN门驱动是性能的关键
要实现全面增强，E-mode GaN开关需要被驱动到5V左右，但不会太高;除了远离绝对的最大限制，门电路的功率损耗与门驱动电压和频率成比例。由于器件电容和栅电荷低，平均驱动功率可以很低。但由于开关是在纳秒级，峰值电流可能很高，以安培测量，所以驱动电路需要匹配的速度，但仍然能够提供重要的电流。
理论上,GaN设备安全地与vg = 0但是如果关闭的开尔文连接不是由司机返回到源切换,导致连接电感会导致电压尖峰当设备开关(图1)。这个反对门驱动,在最好的情况下降低驱动电压幅度,在最坏的情况下导致虚假的刺激与潜在的破坏性结果。门可以驱动负抵消的影响，但这种复杂性可以避免一个精心的布局和驱动器，方便了开尔文连接。“米勒”电容也能产生类似的效果，但对于GaN来说，这是可以忽略不计的。
图1:源极和栅极驱动器中常见的电感引起电压瞬变
高侧门驱动器呈现了它们自己的挑战
一些转换拓扑使用“高侧”开关，其中栅极驱动器返回是一个高电压下的开关节点。驱动程序必须进行水平位移，并且对从输出到输入的dV/dt免疫，这可能是100V/ns或更大的GaN。此外，在这种情况下，需要很好地控制通过驱动程序的传播延迟，以便匹配低电平和高电平信号，并且不与灾难性的“发射通过”重叠，同时保持最小死区时间尽可能小。即使是低侧驱动有时也需要允许信号和电源之间的电平转换，以避免从驱动输出端到输入端的噪声耦合，这可能会导致异常操作或在最坏的情况下设备故障。
主动钳位反激应用实例
图2:基于GaN的有源箝位反激变换器外形
在图2中，一个molex 安费诺 德尔福汽车连接器NCP51820 GaN门驱动器与一个NCP1568有源箝位反激控制器一起显示。该驱动器的特点是门驱动器调节+5.2V的振幅为高和低侧输出最优的控制E-mode GaN。它还具有-3.5 v到+650V的高侧共模电压范围，-3.5到+3.5V的低侧和200V/ns的抗干扰能力，这是通过一种创新的连接绝缘技术实现的。如果在低侧设备源中有电流感应电阻，则低侧驱动器的电平转换使开尔文连接更容易。驱动波形上升和下降时间为1ns，最大传播延迟为50ns。提供独立的源和汇输出，因此开关边速率可以单独控制，以达到最佳的电磁干扰/效率。
LLC变换器应用实例
LLC转换器的一个特性(图3)是驱动波形的占空比为50%。因此，控制死时间以避免重叠是至关重要的。
图3:基于GaN的LLC转换器概述
molex 安费诺 德尔福汽车连接器NCP51820驱动器保证栅极驱动器不能重叠。它还包括一个使能输入和全面的保护，以防止电源欠压和过热。它可在一个PQFN, 4 x 4mm 15引脚封装，使短，低电感连接到GaN设备门。
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