選擇合適的柵極驅動器

鑒于寬帶隙器件的電氣特性及其實現的性能，切換到寬帶隙技術需要經過深思熟慮和精心挑選配套元件，這會帶來與使用硅器件進行設計完全不同的一系列挑戰(zhàn)。為了進一步更大限度地減少開關損耗，寬帶隙 FET 需要能夠對柵極電容快速充電和放電的合適柵極驅動器，因為傳統的硅 MOSFET 柵極驅動器可能無法在寬帶隙設計中提供適當的電壓調節(jié)或無法處理高共模電壓瞬態(tài)。

如圖 2 所示，發(fā)生開關事件時，開關節(jié)點上的電壓變化將產生流過驅動器寄生電容的電流。如果驅動器沒有足夠的共模瞬態(tài)抗擾度 (CMTI)，共模電流可能導致柵極驅動器故障，如圖 3 所示。

為了應對柵極驅動器的挑戰(zhàn)和 CMTI 問題，工程師可以使用具有米勒鉗位、高 CMTI 等級和可調轉換率特性的新柵極驅動器，用于避免擊穿或柵極驅動器故障。TI 的 UCC5880-Q1 增強型隔離式柵極驅動器具有高達 20A 的實時可變柵極驅動強度，這一特性可讓您提高功率密度、降低系統設計復雜性和成本，同時實現您的安全和性能目標。TI 的 300kW 直流/交流高功率、高性能汽車 SiC 牽引逆變器參考設計展示了如何通過調整不同負載條件下的驅動速度，在效率和文中所述諸多挑戰(zhàn)之間達到平衡。

開關速度越快意味著開關損耗越低，但也會導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動器的 GaN FET。不僅兩個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。驅動環(huán)路上的總電感會減慢 GaN FET V_DS 轉換，從而限制 GaN FET 可以減少的開關損耗。這就是為什么 TI GaN FET（如 LMG3526R030）（請參閱圖 5）在同一封裝中集成了柵極驅動器的原因。集成柵極驅動器后，將不會有 PCB 電感（L_{g_pcb} 和 L_{s_pcb}）。另外，為柵極驅動環(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)電壓下進行開關，從而更大限度地減少開關損耗。