選擇合適的柵極驅(qū)動(dòng)器

鑒于寬帶隙器件的電氣特性及其實(shí)現(xiàn)的性能，切換到寬帶隙技術(shù)需要經(jīng)過深思熟慮和精心挑選配套元件，這會(huì)帶來與使用硅器件進(jìn)行設(shè)計(jì)完全不同的一系列挑戰(zhàn)。為了進(jìn)一步更大限度地減少開關(guān)損耗，寬帶隙 FET 需要能夠?qū)艠O電容快速充電和放電的合適柵極驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的硅 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器可能無法在寬帶隙設(shè)計(jì)中提供適當(dāng)?shù)碾妷赫{(diào)節(jié)或無法處理高共模電壓瞬態(tài)。

如圖 2 所示，發(fā)生開關(guān)事件時(shí)，開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的電壓變化將產(chǎn)生流過驅(qū)動(dòng)器寄生電容的電流。如果驅(qū)動(dòng)器沒有足夠的共模瞬態(tài)抗擾度 (CMTI)，共模電流可能導(dǎo)致柵極驅(qū)動(dòng)器故障，如圖 3 所示。

為了應(yīng)對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)器的挑戰(zhàn)和 CMTI 問題，工程師可以使用具有米勒鉗位、高 CMTI 等級(jí)和可調(diào)轉(zhuǎn)換率特性的新柵極驅(qū)動(dòng)器，用于避免擊穿或柵極驅(qū)動(dòng)器故障。TI 的 UCC5880-Q1 增強(qiáng)型隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器具有高達(dá) 20A 的實(shí)時(shí)可變柵極驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度，這一特性可讓您提高功率密度、降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜性和成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)您的安全和性能目標(biāo)。TI 的 300kW 直流/交流高功率、高性能汽車 SiC 牽引逆變器參考設(shè)計(jì)展示了如何通過調(diào)整不同負(fù)載條件下的驅(qū)動(dòng)速度，在效率和文中所述諸多挑戰(zhàn)之間達(dá)到平衡。

開關(guān)速度越快意味著開關(guān)損耗越低，但也會(huì)導(dǎo)致不必要的電壓振鈴和共模噪聲問題。圖 4 展示了具有分立式柵極驅(qū)動(dòng)器的 GaN FET。不僅兩個(gè)器件本身存在寄生電感，還有連接覆銅的印刷電路板 (PCB) 布線電感。驅(qū)動(dòng)環(huán)路上的總電感會(huì)減慢 GaN FET V_DS 轉(zhuǎn)換，從而限制 GaN FET 可以減少的開關(guān)損耗。這就是為什么 TI GaN FET（如 LMG3526R030）（請(qǐng)參閱圖 5）在同一封裝中集成了柵極驅(qū)動(dòng)器的原因。集成柵極驅(qū)動(dòng)器后，將不會(huì)有 PCB 電感（L_{g_pcb} 和 L_{s_pcb}）。另外，為柵極驅(qū)動(dòng)環(huán)路建立了開爾文源極連接（更大限度地減少 L_cs）；因此，TI GaN FET 可以在高瞬態(tài)電壓下進(jìn)行開關(guān)，從而更大限度地減少開關(guān)損耗。