新型氮化镓晶体管在同一封装中结合了硅门驱动器

近年来,氮化镓(GaN)功率晶体管在电力电子工业中得到了广泛的应用yabosports官网．随着对氮化镓晶体管需求的增长，工程师们一直在寻找一种方法，用氮化镓晶体管轻松地取代硅mosfet，以简化集成。

氮化镓晶体管布局。图片使用的礼貌麻省理工能源倡议”

不幸的是，这带来了严重的挑战。最初尝试创建drop-in替换，结果要么没有显著的性能改进，要么在某些情况下甚至降低性能。

研究人员将此归因于GaN功率器件需要不同的栅极驱动技术，并且没有被适当地驱动以充分利用它们的真正性能。因此，氮化镓栅极驱动器的开发一直是研究人员和设计工程师感兴趣的领域。

氮化镓晶体管概述

要理解为什么氮化镓晶体管需要独特的驱动技术，我们必须首先讨论设备的特性。

氮化镓晶体管采用氮化镓作为衬底，而不是传统晶体管中的硅。氮化镓的一个重要特征是，与硅相比，它提供了极高的电子迁移率，使其具有较高的临界电场。

由于其较高的电子迁移率，GaN器件在给定的导通电阻下尺寸更小(或在相同尺寸下导通电阻更小)，并具有高击穿电压。

氮化镓对硅晶体管。图片由EPC

更高的电子迁移率和更小的尺寸也使得GaN晶体管比传统的mosfet快得多。由于GaN晶体管的导通电阻和栅电荷QG较低，与硅晶体管相比，GaN晶体管的性能要低得多。

最后，GaN晶体管不像mosfet那样有很强的负温度系数。

所有这些特性结合起来为GaN fet创造了独特的驱动要求。同样值得注意的是，大多数GaN器件本质上是耗尽模式器件，这意味着它们的通道是打开的，直到出现正的VSG。

驱动GaN FET

对于cascode(半桥)GaN配置，这是一种标准拓扑，栅极驱动器可以类似于功率BJT或MOSFET。然而，挑战是需要高频能力(几到几十兆赫兹的量级)。在给定的栅极驱动功率损失水平下，由于输入电容更小，GaN转换器的开关速度比Si MOSFET快10倍，GaN的开关速度比Si MOSFET快100倍以上。

如今，大多数氮化镓驱动芯片都是作为一个独立组件，提供对分立功率晶体管的驱动。不幸的是，这是一种低效的方法，因为设计师必须找到正确使用集成电路的方法，以有效地驱动GaN晶体管。此外，当信号在片上或片外时，它会引入寄生损耗并减少响应时间。

ST将氮化镓晶体管与驱动集成电路结合

本周，意法半导体公司发布了一款有望实yabosports官网现这一目标的产品缓解与分立晶体管和驱动芯片相关的问题．

MasterGaN1。图片由意法半导体yabosports官网

ST的最新产品，被称为masterergan，是基于硅和一对GaN晶体管的半桥600v栅极驱动集成电路。masterergan1包含两个增强模式晶体管，一个10a的最大额定电流和一个150mΩ导通电阻(R_DS(上))．

masterergan1的框图图片由意法半导体yabosports官网

逻辑输入兼容从3.3 V到15 V的信号，系统还提供低侧和高侧UVLO保护，联锁，专用关机引脚，和过温保护。

设计师的简化选择

将这些组件集成到同一个IC上可能会导致更简单的设计、更小的占地面积、更容易的组装和更高的可靠性(因为组件更少)。

ST表示，希望其新产品将“在智能手机超高速充电器和无线充电器、pc和游戏用USB-PD紧接适配器，以及太阳能存储系统、不间断电源或高端OLED电视和服务器云等工业应用领域发挥作用。”