如何使用氮化鎵：氮化鎵場效應(yīng)晶體管的驅(qū)動(dòng)器和版圖的考慮因素

圖4： 傳統(tǒng)印刷電路板設(shè)計(jì)配以氮化鎵場效應(yīng)晶體管(eGaN FET)a) 橫向功率環(huán)路的頂視圖 b)直向功率環(huán)路的側(cè)視圖

要改善性能，可通過發(fā)揮傳統(tǒng)橫向及直向設(shè)計(jì)的強(qiáng)項(xiàng)及壓抑其弱項(xiàng)。宜普公司開發(fā)了優(yōu)化后的版圖：我們把印刷電路板的寄生電感減至最低。從圖5a的側(cè)面圖可看到，使用多層印刷電路板結(jié)構(gòu)并配以low profile 自取消(self-cancelling)環(huán)路。這個(gè)設(shè)計(jì)使用內(nèi)部第一層作為功率環(huán)路回路路徑，這個(gè)路徑處于在頂層的功率環(huán)路的正下方，容許具有最小物理尺寸的環(huán)路與具磁場的自取消環(huán)路合成。

圖5： 1)含氮化鎵場效應(yīng)晶體管的最佳功率環(huán)路的側(cè)視圖 2)含氮化鎵場效應(yīng)晶體管最佳設(shè)計(jì)與含MOSFET器件最佳設(shè)計(jì)的效率的比較(VIN=12 V, VOUT=1.2 V, Fs=1 MHz, L=300 nH, eGaN FET: T: EPC2015 SR: EPC2015, MOSFET: T: BSZ097N04LSG SR: BSZ040N04LSG)

使用最佳功率環(huán)路，相比傳統(tǒng)最優(yōu)印刷電路板版圖，高頻環(huán)路電感可減少達(dá)40%即低于0.4 nH值，這相等于性能得以提升。圖5b展示了使用最佳版圖，對(duì)內(nèi)含40 V硅MOSFET器件與含40 V氮化鎵場效應(yīng)晶體管的降壓轉(zhuǎn)換器的效率作出比較。我們可以看到，基于氮化鎵場效應(yīng)晶體管的設(shè)計(jì)可提高效率超過3%。由于最佳版圖大大減少高頻環(huán)路電感，因此與含40 V硅MOSFET的基準(zhǔn)設(shè)計(jì)比較，含氮化鎵器件的設(shè)計(jì)可增快開關(guān)速度達(dá)500%及減少過沖電壓達(dá)40%。

圖6： 含氮化鎵場效應(yīng)晶體管的最佳設(shè)計(jì)與含MOSFET器件的最佳設(shè)計(jì)的開關(guān)節(jié)點(diǎn)波形圖(VIN=12 V, VOUT=1.2 V, IOUT=20 A, Fs=1 MHz, L=300 nH, eGaN FET: T: EPC2015 SR: EPC2015, MOSFET: T: BSZ097N04LSG SR: BSZ040N04LSG)

總結(jié)

具備高性能的氮化鎵場效應(yīng)晶體管可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)硅MOSFET技術(shù)所不能實(shí)現(xiàn)的潛力--在更高頻及更高效下開關(guān)。由于氮化鎵場效應(yīng)晶體管改善了品質(zhì)因數(shù)及使用具有低寄生電感的封裝，因此需要一個(gè)具低寄生電感的印刷電路板版圖以全面發(fā)揮器件的性能。宜普電源轉(zhuǎn)換公司開發(fā)了最佳版圖，進(jìn)一步增強(qiáng)氮化鎵場效應(yīng)晶體管在技術(shù)方面的優(yōu)勢并在效率方面實(shí)現(xiàn)額外的增益，以及具備可在更高電壓下工作的性能。

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