In energietoepassingen hebben apparaten van galliumnitride (GaN) aanzienlijke prestatie- en efficiëntievoordelen ten opzichte van traditionele silicium MOSFET-apparaten.De apparaten voor galliumnitride kunnen voldoen aan de behoeften van verschillende industrieënDeze nieuwe technologieën zijn echter voor sommige toepassingen met aanzienlijke ontwerpuitdagingen te maken.
Van compacte USB-C-opladers en elektrische auto-opladers tot zonne- en datacentertoepassingen, ontwerpers zijn benieuwd om GaN-halfgeleidertechnologie te gebruiken om kleinere, lichterere,en betere koelproducten.
Gezien de snelle schakelingssnelheid van GaN-apparaten, zullen ontwerpers meerdere uitdagingen ondervinden, waaronder parasitaire inductance, meer precieze poortscontrolevereisten, poortrekkingsstroom,en omgekeerde geleidingsspanningsdaling.
Een toegewijde GaN-controller is een ideale keuze voor het ontwerpen van bepaalde GaN-gebaseerde toepassingen.Ontwerpers kunnen eenvoudige toegewijde GaN FET-drivers gebruiken, zoals de LT8418 100V halfbrug GaN-driver met een geïntegreerde intelligente bootstrap-switch (figuur 1).
Figuur 1: ADI's toegewijde LT8418 half brug GaN driver.
Dit apparaat maakt gebruik van een aparte poortdriver om de slagsnelheid van GaN FET tijdens de aan- en uitschakelperiodes nauwkeurig te regelen, waardoor het rinkelen wordt onderdrukt en de EMI-prestaties worden verbeterd.Het apparaat maakt ook gebruik van wafer level chip level packaging (WLCSP) om parasitaire inductance te minimaliseren.
Bovendien kunnen meer complexe controllers worden gekozen, zoals de LTC7890 en LTC7891 (figuur 2) high-performance dual buck DC/DC switching regulator controllers voor GaN FET.
Figuur 2: High performance ADI LTC7891 DC/DC switching regulator controller geschikt voor GaN FET.
In tegenstelling tot silicium MOSFET-oplossingen vereisen LTC7890/LTC7891-apparaten geen beschermende diodes of andere externe componenten.De aansluitingsspanning van deze apparaten kan nauwkeurig worden ingesteld tussen 4 V en 5 V..5 V om de prestaties te optimaliseren en het gebruik van andere GaN-FET's of MOSFET's op logisch niveau te ondersteunen.
Als de silicium controller de enige optie is
Er is momenteel geen speciale GaN-controller voor belangrijke componenten zoals 4-schakelaar buck boost controllers.Ingenieurs kunnen controllers gebruiken die oorspronkelijk ontworpen zijn voor MOSFET's om GaN FET's te bedienen, waardoor het vermogen en de efficiëntie worden verbeterd. Als controllers voor siliciumapparaten rechtstreeks worden gebruikt in GaN-toepassingen, moet bij de keuze van componenten en het ontwerp van schakelingen extra voorzichtigheid worden betracht,en andere circuits kunnen ook nodig zijn.
Bij hoogvermogenconverters is de uitgangsspanning van traditionele poortdrivers meestal hoger dan 5 V, meestal tussen 7 V en 10 V, en soms zelfs hoger.het kan problemen veroorzaken omdat de maximale nominale poortspanning van GaN FET meestal slechts 6V isZelfs als deze limiet kort wordt overschreden als gevolg van spanningspieken of ringen veroorzaakt door dwaalende inductance op het PCB, kan dit het GaN-apparaat blijvend beschadigen.
Om deze problemen te voorkomen, moeten ontwerpers de controller correct kiezen en de PCB-indeling nauwlettend controleren, vooral rond de poort en de bronterugkeerpaden,om zo veel mogelijk lage inductance te behouden en onnodige spanningsoverschrijdingen te verminderen.
Veel MOSFET-drivers gebruiken niet-gereguleerde siliciumpoortdrivers, maar hun spanning kan hoger liggen dan de absolute maximale spanning van GaN FET.Er moet rekening worden gehouden met het beheer van de spanning van de poort aandrijving, reguleren bootstrap stroomvoorziening, en optimaliseren dode tijd.
Het 4-schakelaar buck boost-apparaat moet een 5V gate controller gebruiken om onverwachte overspanning in GaN FET te voorkomen.Het is ook belangrijk om beschermende componenten zoals klemcircuits of poortspanningsbegrenzers in te voeren om de poort te beschermen tegen toevallige overspanning.
Door een 5,1 V Zenerdiode parallel met een bootstrapcondensator te gebruiken, kan de LT8390A van ADI worden gebruikt als een 5 V poortcontroller (figuur 3).dus het apparaat is altijd binnen het veilige werkingsbereikOm meer bescherming te bieden, kan een 10 Ω-weerstand in serie met een bootstrap-circuit worden aangesloten om elk geluidsverschijnsel te verminderen dat kan worden veroorzaakt door zeer snelle high-power schakelknopen.