成绩本文援用地点：不专门用于驱动GaNFET的把持器时，怎样应用GaNFET计划四开关降压-升压DC-DC转换器？答复家喻户晓，GaNFET比拟难驱动，假如应用底本用于驱动硅(Si) MOSFET的驱动器，可能须要额定增添维护元件。恰当抉择准确的驱动电压跟一些小型维护电路，能够为四开关降压-升压把持器供给保险、一体化、高频率GaN驱动。简介在一直寻求减小电路板尺寸跟进步效力的征途中，氮化镓场效应晶体管(GaNFET)功率器件已成为破解现在困难的幻想抉择。GaN是一项新兴技巧，无望进一步进步功率、开关速率以及下降开关消耗。这些上风让功率密度更高的处理计划成为可能。以后市场上充满着大批差别的Si MOSFET驱动器，而新的GaN驱动器跟内置GaN驱动器的把持器还须要多少年才干面世。除了简略的公用GaNFET驱动器（如LT8418）外，市场上还存在针对GaN的庞杂降压跟升压把持器（如LTC7890、LTC7891）。现在的四开关降压-升压处理计划仍有些庞杂，但驱动GaNFET并不像看起来那么艰苦。应用一些简略的配景常识，能够经由过程调剂针对Si MOSFET的把持器来驱动GaNFET。LT8390A是一个很好的抉择。这是一款专业的2 MHz降压-升压把持器，逝世区时光(25 ns)十分短，拜见图1。该降压-升压计划的检测电阻与电感串联，且位于两个热环路的外部，这是降压-升压计划的一个新特征，让把持器可能在升压跟降压任务地区（以及四开关降压-升压）中以峰值电流把持形式运转。本文深刻探究了四开关降压-升压GaNFET把持，但其道理同样实用于简略的降压或升压把持器。图1 EVAL-LT8390A-AZ 24 VOUT 5 A四开关降压-升压GaN把持器道理图5V栅极驱动器必弗成少对高功率转换，硅驱动器平日任务在5 V以上，典范的硅MOSFET栅极驱动器电压范畴为7 V至10 V乃至更高。这对GaNFET提出了挑衅，由于其相对最年夜栅极电压额外值平日为6 V。乃至栅极跟源极回路上的杂散PCB电感惹起的振铃假如超越最年夜栅极电压，也可能招致灾害性的毛病。相干计划职员必需细心斟酌规划，尽可能下降栅极跟源极回路上的电感，才干保险无效地驱动GaNFET。除了规划之外，实行器件级维护对避免栅极产生灾害性过压也很主要。LT8390A供给专为较低栅极驱动FET计划的5 V栅极驱动器，因此是驱动GaNFET的幻想抉择。成绩是硅FET驱动器平日缺少针对不测过压的维护。更详细地说，硅栅极驱动器上顶部FET的自举电源不受调理，这象征着顶部栅极驱动器很轻易漂移到GaNFET的相对最年夜电压以上。图2供给懂得决此成绩的计划：将一个5.1 V齐纳二极管（D5跟D6）与自举电容并联，以将该电压箝位在GaNFET的推举驱动电平，进而确保栅极电压一直在保险任务范畴内。图2 带有GaN把持维护元件的简化四开关降压-升压GaN把持器道理图图3 EVAL-LT8390A-AZ最年夜输出电流与输入电压的关联，该板可在高频下经由过程宽输入范畴发生120 W功率图4 EVAL-LT8390A-AZ GaN把持器效力与DC2598A Si MOSFET把持器效力，GaNFET在更高电压下供给更高的效力别的，为了供给更好的维护，增加一个10 Ω电阻与自举二极管（D3跟D4）串联，以减小超疾速跟高功率开枢纽点可能惹起的任何振铃。逝世区时光跟体二极管挑衅传统转换器中有一个续流二极管，它在关断时期导通。同步转换器用另一个开关取代续流二极管，以增加二极管的正导游通消耗。但是，假如顶部跟底部开关同时导通，就会产生毛病，招致击穿。假如产生击穿，则两个FET都可能短路接地，进而形成器件毛病跟其余灾害性成果。为了避免这种情形，把持器设置了逝世区时光，即顶部跟底部开关均不导通的时光段。典范同步DC-DC把持器实现的逝世区时光长达60 ns。体二极管在此时期导通，因而对硅MOSFET来说，活该区时光不会形成费事。GaNFET不体二极管，导通跟关断的速率比硅MOSFET快得多。GaNFET能够在2 V至4 V的电压下导通，而二极管的典范导通电压为0.7 V。导通电压乘以导通电流，可能招致逝世区时光内的功率消耗增添近6倍。功率消耗的增添，加上较长的逝世区时光，可能形成FET过热跟破坏。比拟好的处理计划是只管收缩逝世区时光。但是，底本用于硅FET的把持器是依据硅FET迟缓的通断特征（数十纳秒）来计划逝世区时光，为避免击穿，逝世区时光平日较长。LT8390A设定的逝世区时光为25 ns，与市场上的很多同步把持器比拟，活该区时光绝对较短。该器件实用于高频、高功率MOSFET把持，但对GaNFET来说依然太长。GaNFET的导通速率很快，仅多少纳秒。因而，为了增加逝世区时光内的额定导通消耗，倡议增加一个续流肖特基二极管与同步GaNFET反向并联，将导通门路转移到消耗较小的门路。图2中的D1跟D2阐明了肖特基二极管应放置在哪个FET上。D1跨接于同步降压侧FET，而D2跨接于同步升压侧FET。简略的降压转换器只要要放置D1。对简略的升压转换器，需应用D2。更高频率、更高功率LT8390A的开关频率高达2 MHz。GaNFET的开关消耗明显低于Si MOSFET，开关频率跟电压更高时，其功率消耗与后者邻近。EVAL-LT8390A-AZ GaNFET板将开关频率设置为2 MHz，以凸起GaNFET在效力跟尺寸方面的上风。在室温、24 V输出下，GaNFET可发生120 W功率。该板尺寸与之前的LT8390A评价板DC2598A相称，后者应用硅MOSFET，并供给12 VOUT跟48 W功率。图3展现了2 MHz GaN降压-升压电路的最年夜功率才能，而图4比拟了两种评价板的效力。即便在电压更高、输出功率高2.5倍的情形下，GaNFET板的效力也高于Si MOSFET板。在电路板面积类似时，应用GaNFET能够以更高的电压跟功率运转。表1 与GaNFET兼容的DC-DC把持器推举GaN把持器拓扑构造最年夜输 入/输出电压开关频率GaN保险特征LTC7890双降压GaN把持器100 V100 kHz至3 MHz■   智能自举■   分别栅极驱动■   智能逝世区时光濒临零■   逝世区时光可调，范畴为7 ns至60 nsLTC7891降压GaN把持器100 V100 kHz至3 MHz■   智能自举■   分别栅极驱动■   智能逝世区时光濒临零■   逝世区时光可调范畴为 7 ns至60 nsLT8418半桥GaN栅极驱动器100 V高达10 MHz■   低传输耽误■   疾速且强盛的栅极驱动■   分别栅极驱动■   智能自举■   栅极驱动过压闭锁LT8390/   LT8390A/ LT8392四开关降压-升压把持器60 VLT8390/LT8392：150 kHz至650 kHzLT8390A：600 kHz至2 MHz■   Si MOSFET把持器跟5 V栅极驱动器LT8391/ LT8391A/ LT8391D四开关降压-升压LED驱动器把持器60 VLT8391/LT8391D：150 kHz至650 kHzLT8391A：600 kHz至2 MHz■   Si MOSFET把持器跟5 V栅极驱动器论断假如不专门用于驱动GaNFET的DC-DC把持器，咱们依然能够无效地驱动GaNFET。在电路板面积近似时，即使应用底本用于驱动Si MOSFET的把持器，EVAL-LT8390A-AZ也能轻松输出更年夜的功率并实现更高的效力。表1推举了多款用于驱动GaNFET的把持器。假如功率请求更高，比方并联降压-升压GaNFET把持，请接洽厂家。经由过程研讨供给5 V栅极驱动器的把持器并整合额定的外部维护电路元件，咱们能够保险地驱动GaNFET，并摸索电源转换计划中的更多抉择。作者简介Kevin Thai是ADI公司利用司理，任务所在位于美国加利福尼亚州圣何塞。他任职于IPS Power Products Group，担任羁系断绝反激跟维护产物系列，以及其余升压、降压-升压跟GaN把持器产物。他于2017年取得美国加州理工年夜学电气工程学士学位，于2018年取得美国加州年夜学洛杉矶分校的电气工程硕士学位。