適配MOSFET柵極驅(qū)動器以驅(qū)動GaN FETs

MOSFET柵極驅(qū)動器的兼容性

在MOSFET柵極驅(qū)動器被設(shè)計來驅(qū)動GaN FETs之前，它必須滿足特定要求。

兼容5V供電：門驅(qū)動器必須兼容5V供電，不論是來自外部調(diào)節(jié)電源還是內(nèi)部低壓差線性穩(wěn)壓器（LDO）。

欠壓鎖定兼容性：UVLO需要與5V驅(qū)動階段兼容，典型的UVLO值應(yīng)在低側(cè)驅(qū)動階段為3.75-4V，高側(cè)為3.25-3.75V。

抗dv/dt能力：門驅(qū)動器應(yīng)具備超過最大預(yù)期dv/dt的抗干擾能力，優(yōu)選超過50kV/μs。如果無法滿足此要求，可能需要降低切換速度，以犧牲轉(zhuǎn)換效率為代價。

自舉電源供應(yīng)：許多MOSFET驅(qū)動器使用自舉電路為上部設(shè)備驅(qū)動器供電，多數(shù)情況下使用自舉二極管。適用于GaN FETs的只有那些使用外部自舉二極管的門驅(qū)動器，尤其是在建議中明確指出的。選擇包含自舉二極管后LDO的驅(qū)動器為佳。

死區(qū)時間能力：eGaN FETs卓越的切換特性允許在MHz范圍內(nèi)操作同時保持高轉(zhuǎn)換效率。因此，即使低于10ns的最小死區(qū)時間也顯得非常有益。某些為MOSFET設(shè)計的控制器可能不支持如此低的死區(qū)時間，這將削弱GaN器件的優(yōu)勢。在考慮用于GaN FETs的控制器時，應(yīng)優(yōu)先選擇那些具有低死區(qū)時間能力的。

GaN FET驅(qū)動器改造指南

為了確保與GaN FET的最高兼容性，一旦確定了合適的MOSFET驅(qū)動器，就可以實施以下步驟。以下是一些針對GaN FET驅(qū)動的一般建議。

自舉二極管（Bootstrap Diode）：選擇盡可能小尺寸、電容和電流等級的肖特基二極管（例如BAT54KFILM），并將其與限流電阻串聯(lián)，以保持驅(qū)動器電壓盡可能接近5V，同時在保護電路啟動時限制引導二極管的電流。如果驅(qū)動器在引導二極管后集成了5V的LDO，則不需要串聯(lián)電阻和后續(xù)的額外電路保護措施。

自舉鉗位（Bootstrap Clamp）：在引導電容器上并聯(lián)一個齊納二極管，可以在低側(cè)器件反向?qū)ㄆ陂g將電壓夾緊在6V以下，以防止過壓。齊納二極管和引導電容器應(yīng)盡可能靠近彼此以及門驅(qū)動器。

柵極返回電阻（Gate Return Resistor）：為高側(cè)FET添加門返回電阻可以在低側(cè)GaN FET反向?qū)〞r，保護IC不受開關(guān)節(jié)點上的大負電壓影響。這個電阻的值還取決于上層器件門電路的關(guān)斷阻尼和定時需求。

反向?qū)ㄣQ位（Reverse Conduction Clamp）：在半橋拓撲的低側(cè)并聯(lián)一個反向肖特基二極管，可以限制驅(qū)動器暴露于的負開關(guān)節(jié)點電壓的幅度。這種二極管的電壓等級應(yīng)與低側(cè)GaN FET匹配，而電流等級可以遠低于低側(cè)FET，因為它只在死區(qū)時間內(nèi)導通。

控制器集成電路和集成門極驅(qū)動器

控制器集成電路將許多功能集成到單一的IC中，包括門極驅(qū)動器。其中一些IC可能不允許為GaN設(shè)備提供最佳布局，因此理解設(shè)計折衷以實現(xiàn)最佳性能非常重要。

在設(shè)計使用GaN FETs的功率級時，始終遵循通用布局建議非常重要。考慮的順序仍然是共源電感（CSI），其次是功率和門環(huán)電感。這意味著功率級本質(zhì)上被設(shè)計為一個塊，門信號連接到控制器IC。針對功率級塊的推薦布局的變化使得選擇一個可以適配控制器IC的最佳塊變得更加容易。在2相控制器的情況下，可能需要在兩種替代設(shè)計之間進行選擇。設(shè)計準則是優(yōu)先考慮控制FET（開關(guān)），通常是硬開關(guān)，而不是同步整流器。例如，在降壓轉(zhuǎn)換器中，布局應(yīng)優(yōu)化以最小化高側(cè)FET的門環(huán)電感。對于升壓轉(zhuǎn)換器中的低側(cè)FET也是如此。

為了適配用于GaN FETs的MOSFET門極驅(qū)動器，設(shè)計師必須確保兼容性，實施推薦的修改，并優(yōu)化布局以利用GaN技術(shù)的全部潛力。通過仔細注意這些產(chǎn)品參數(shù)和設(shè)計指南，設(shè)計師可以使用通用門極驅(qū)動器和控制器，為GaN基電源轉(zhuǎn)換器的成功大規(guī)模生產(chǎn)鋪平道路。