在過去幾年里，GaN技術，特別是硅基GaN HEMT技術，已成為電源工程師的關注重點。該技術承諾提供許多應用所需的大功率高性能和高頻開關能力。然而，隨著商用GaN FET變得更容易獲得，一個關鍵問題仍然存在。為何選擇共源共柵？

當我們?nèi)タ碐aN HEMT器件的物理和電氣性質(zhì)時，有一個明顯的挑戰(zhàn)。GaN HEMT的自然操作模式是常態(tài)導通的耗盡型晶體管。但工程師習慣使用常態(tài)關斷的器件，并且從安全的角度來看這也帶來好處。因此，需要解決GaN HEMT的常態(tài)開通問題，以提供常態(tài)關斷的操作。目前有兩種主要方法來應對這一挑戰(zhàn)。一是改變器件的結構，使其在增強模式(e-mode)下工作。第二種是使用堆疊芯片封裝的共源共柵器件，串聯(lián)一個常態(tài)關斷的低RDSon的低壓硅MOSFET。

穩(wěn)定的高功率操作

e-mode和共源共柵的效率與熱特性接近，但相似之處僅此而已。在器件穩(wěn)定性可靠性和易操作性方面，共源共柵配置提供耐用和可靠的絕緣（介質(zhì)）柵極結構。這意味著，共源共柵GaN FET的柵極耐壓額定值為± 20 V（與現(xiàn)有硅的超結技術相同），使用簡單的低成本的驅(qū)動電壓為0-10或12 V的標準柵極驅(qū)動器即可。并保留了自然操作模式GaN HEMT的更好的耐壓特性和開關性能。

當然，串聯(lián)一個優(yōu)化過的低壓硅MOSFET確實會增加共源共柵模式GaN器件的RDS(on)和QRR。然而，這些增幅非常小，甚至微不足道，特別是考慮到，耐用和可靠的絕緣（介質(zhì)）柵極結構和高性能體二極管給GaN HEMT帶來的操作優(yōu)勢時。例如，增加的RDS(on)通常小于10%，仍然具有出色的HEMT RDS(on)。對于QRR，低壓MOSFET的確會增加一個非常小的值，但共源共柵結構GaN與同規(guī)格的高壓硅器件相比，Qrr值會低一個數(shù)量級。??

對于高電壓/大電流/高功率應用，尤其是汽車應用，耐用性和可靠性至關重要。共源共柵結構GaN符合更高的AEC-Q101車規(guī)認證要求，甚至超出，同時低壓硅MOSFET也屬于車規(guī)級，滿足所有汽車要求。此外，高開啟閾值電壓(Vth ~ 4 V)提高抗干擾能力，消除了因高dv/dt和di/dt而意外開啟的可能性，減少半橋電路中直通的風險?？傮w而言，這確保了應用的穩(wěn)定性，而耐用的低Vf的反向續(xù)流能力又進一步增強了應用性能。

共源共柵——答案顯而易見

耐用的柵極結構、高柵極開啟閾值電壓、簡單的柵極驅(qū)動、超低反向恢復損耗、超低Vf的體二極管、簡單的控制斜率、高瞬態(tài)耐壓能力和雙向?qū)ㄍ負洹＞C合所有因素考慮，從Nexperia的角度來看，對于650 V GaN FET的高電壓/大電流/高功率應用，答案明顯是選擇共源共柵模式。

當然，未來常態(tài)關斷的GaN HEMT器件出現(xiàn)一個耐用、可靠的電介質(zhì)、高開啟閾值電壓的柵極結構時，我們將回顧哪種技術能夠為客戶提供最佳選擇。到那時，問題應該不再是“為何選擇共源共柵？”，而是“如何利用650 V GaN FETs？”。

審核編輯：郭婷