GaN 场效应管开关元件分类

增强模式 (e-GaN) ，级联耗尽模式 (d-GaN)

 

e-GaN 场效应管

可作普通 MOSFET 工作，即使它的栅源电压降低了。

提供一个更简单封装，无体二极管低电阻，有双向通道。

 

它晶体管通常是关断的，在栅极加正电压导通。

无需负启动偏置：栅极上的偏置为零，关闭且不传导任何电流。

 

阈值 < 硅 MOSFE阈值。

提供低栅漏电容 CGD。

其低电容结构允许在纳秒内以 MHz 频率切换数百伏特。

栅极至源极电容 CGS  

1.与 C GD相比较大的参数，使 GaN 场效应管 具有良好的 dv/dt 抗扰度。

电源开关器件的 dV/dt 灵敏度是由各种寄生电容和栅极驱动电路阻抗引起的。

2.Gate-Charge Qg 参数表明器件能够快速变化，以最小的开关损耗达到更高的 dV/dT。

 

e-GaN 器件比 MOSFET 高 10 倍

d-GaN 器件高约 2-5 倍

 

要确定电源开关的 dV/dt 灵敏度，用称为米勒电荷比 (Q GD /Q GS1 )的品质因数。

< 1 的米勒电荷比将保证理论上的 dV/dt 抗扰度。

栅极驱动电路布局成为提高 dV/dt 抗扰度的关键因素。

 

d-GaN 场效应管

晶体管通常是导通的，需负电压。

可通过将 HEMT 晶体管与低压硅 MOSFET 串联来解决

如下图所示

 

d-GaN 晶体管具有低压硅 MOSFET 的栅极。

商用 MOSFET 栅极驱动器可操作 d-GaN 开关。

缺点：添加硅 MOSFET 引燃电阻，具有更高的引燃电阻。

电压<200 V，增加可能很显着。

电压>600 V，附加电阻是总导通电阻的 5% 左右。

 

它增加封装的复杂性。

Mos场效应管器件和 GaN HEMT 间的寄生电感和电容可能会导致开关瞬变期间的延迟。

器件的反向传导特性在开关类型中很重要。

在 MOSFET 中，体二极管的压降很低，反向恢复慢，致开关高损耗。

 

GaN 场效应管没有反向体二极管，但由于其物理性质，能够反向传导。

在反向传导的情况下，需有死区时间，由于串联 MOSFET低压硅，级联d-GaN 器件具有反向恢复功能。

如下图所示

un GaN 器件中的寄生电容和电流

在硬开关转换器中，输出电荷在每次上电转换时消耗在场效应管中，该损耗与QOSS，总线电压和开关频率成正比。

GaN场效应管Q OSS 比硅 场效应管低得多，减少每个周期的输出电荷损失，从而有更高频率