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『ChinaAET电子技术应用』【学术论文】GaN FET的结构、驱动及应用综述( 三 )


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GaN FET的产品现状
目前 ， 生产耗尽型GaN FET的公司主要有美国Cree ， 其产品主要的参数如表1所示 ， 为推广耗尽型GaNHEMT的应用 ， Transphorm公司推出了Cascode结构的GaN FET 。 从表1可知Cree公司的GaN FET的阈值电压为负值 ， 充分体现了它在零栅压下的常通特性 。
『ChinaAET电子技术应用』【学术论文】GaN FET的结构、驱动及应用综述
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增强型GaN FET的生产商则相对较多 ， 主要包括中国香港的EPC、加拿大的GaN Systems、日本Panasonic公司等 ， 它们的主要参数见表2 。 从表2可知 ， 在增强型GaN FET产品中 ， GaN Systems公司的电压电流等级较高 ， 但阈值电压较小；EPC公司的电压等级较低 ， 驱动电压范围最窄 ， 导通损耗较大 ， 但漏极电流等级最多；Panasonic公司的电压和电流等级最少 ， 阈值电压最低 ， 但开通较快；Transphorm公司的电压等级较高 ， 驱动范围最广 ， 阈值电压较高 [8]， 使用较安全 。
『ChinaAET电子技术应用』【学术论文】GaN FET的结构、驱动及应用综述
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表3是GaN FET主要的封装形式 ， 从表可知 ， 增强型GaN FET的封装结构中贴片式的使用较多 ， 直插式的较少 。 贴片式的外部引脚寄生效应影响较小 ， 但不利于散热；直插式则相反 ， 其散热能力较好 ， 但高频时往往易受寄生参数影响 。
『ChinaAET电子技术应用』【学术论文】GaN FET的结构、驱动及应用综述
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此外 ， 除单体GaN器件 ， 还有集成式GaN模块产品 。 目前GaN集成形式最多的是GaN半桥模块 ， 主要有EPC和GaN Systems在生产 。 其中EPC2104(100 V ， 30 A)、GS66508T(650 V ， 30 A)分别是两家公司等级最高的GaN半桥模块产品 。
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GaN FET的驱动
3.1 隔离方式
驱动电路位于主电路与控制电路之间 ， 其输出与主电路有耦合关系 ， 其输入与控制电路相连 。 因此 ， 驱动电路往往需要隔离设计 。 一般的隔离方式主要分为光耦隔离和变压器隔离 。 目前 ， 相较于变压器隔离 ， GaN FET驱动电路的隔离中用光耦隔离 [9-10] 的较多 。 光耦隔离的参数设计较简单 ， 但其输出需要隔离驱动电源 。 目前 ， GaN FET驱动电路的分类主要是由分立元件构成的驱动电路和以集成器件为主构成的驱动电路 。
3.2 驱动电路的基本要求
增强型GaN FET的低栅源电压V GS 、低阈值电压V TH 以及寄生参数等影响,使得传统的Si驱动电路不再适用于GaN ， GaNFET的驱动要求更为严格 ， 其驱动电路至少具备以下三个功能：
(1)驱动信号可靠性 。 驱动信号的可靠性对于驱动电路来说是很重要的 ， 驱动信号一旦不稳定极有可能损坏GaN器件 。 因此 ， 一定要保证驱动信号可靠传输 。 一般在通信系统中或使用频率在兆赫兹等级以上时 ， 常用微波驱动(Drive-by-Mcrowave ， DBM)技术来传输驱动信号 [11]。
(2)抗扰性能 。 GaN FET的低阈值电压使其对di/dt、dv/dt和寄生电感极其敏感 ， 若驱动的抗扰性不好 ， 开关频率的增加不仅使器件损耗增多 ， 严重时还会损坏器件 。 因此 ， 驱动需要较好的抗扰性 。 一般采取减小共源电感、增加驱动电阻等方法提高驱动抗扰性 。
(3)漏源回路寄生电感小 。 GaN FET栅极信号的噪声 [12] 和振荡很强 ， 一旦回路寄生电感过大会导致关断时出现过电压和寄生振荡 ， 导致额外的损耗 。 因此可优化驱动回路 ， 减小寄生电感 。
3.3 分立式GaN FET驱动电路
增强型GaN FET一般的分立式驱动电路如图7所示 。 分立式驱动电路由驱动电源V CC 、PWM信号、隔离和栅极电阻R G 等基本部分组成 。 前面几部分主要是给GaN FET提供驱动电压V GS。


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