E_HS能量曲線圖顯示出，在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)有額外的13μJ損耗，與2nH的柵極環(huán)路電感和1Ω下拉電阻時(shí)53μJ相比，差不多增加了60%（圖4）。

　　假定開(kāi)關(guān)頻率為100kHz，高管器件上的功率損耗從5.3W增加至8W，其原因是由高柵極環(huán)路電感和高下拉電阻值所導(dǎo)致的直通。這個(gè)額外的功率損耗會(huì)使得功率器件內(nèi)的散熱變得十分難以管理，并且會(huì)增加封裝和冷卻成本。

　　圖5. 使用10nH柵極環(huán)路電感和下拉電阻時(shí)的仿真結(jié)果：Rpd = 1Ω（紅色）、2Ω（綠色）和3Ω（藍(lán)色）。E_HS是高管能耗。

　　為了減輕直通電壓，可以將柵極偏置為更大的負(fù)電壓，不過(guò)這樣做會(huì)增加?xùn)艠O上的應(yīng)力，并且會(huì)在器件處于第三象限時(shí)增大死區(qū)時(shí)間損耗。因此，在柵極環(huán)路電感比較高時(shí)，柵極應(yīng)力與器件關(guān)斷保持能力之間的均衡和取舍很難管理。你必須增加?xùn)艠O應(yīng)力，或者允許半橋直通，這會(huì)增加交叉?zhèn)鲗?dǎo)損耗和電流環(huán)路振鈴，并且會(huì)導(dǎo)致安全工作區(qū) （SOA） 問(wèn)題。一個(gè)集成式GaN/驅(qū)動(dòng)器封裝提供低柵極環(huán)路電感，并且最大限度地降低柵極應(yīng)力和直通風(fēng)險(xiǎn)。

　　GaN器件保護(hù)

　　將驅(qū)動(dòng)器與GaN晶體管安裝在同一個(gè)引線框架內(nèi)可以確保它們的溫度比較接近，這是因?yàn)橐€框架的導(dǎo)熱性能極佳。熱感測(cè)和過(guò)熱保護(hù)可以置于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部，使得當(dāng)感測(cè)到的溫度超過(guò)保護(hù)限值時(shí)，GaN FET將關(guān)閉。

　　一個(gè)串聯(lián)MOSFET或一個(gè)并聯(lián)GaN感測(cè)FET可以被用來(lái)執(zhí)行過(guò)流保護(hù)。它們都需要GaN器件與其驅(qū)動(dòng)器之間具有低電感連接。由于GaN通常以較大的di/dt進(jìn)行極快的開(kāi)關(guān)，互聯(lián)線路中的額外電感會(huì)導(dǎo)致振鈴，并且需要較長(zhǎng)的消隱時(shí)間來(lái)防止電流保護(hù)失效。集成驅(qū)動(dòng)器確保了感測(cè)電路與GaN FET之間盡可能少的電感連接，這樣的話，電流保護(hù)電路可以盡可能快的做出反應(yīng)，以保護(hù)器件不受過(guò)流應(yīng)力的影響。

　　圖6. 一個(gè)半橋降壓轉(zhuǎn)換器（通道2）中的高管接通時(shí)的SW節(jié)點(diǎn)波形。

　　開(kāi)關(guān)波形

　　圖6是一個(gè)半橋的開(kāi)關(guān)波形；

　　這個(gè)半橋包含2個(gè)集成式驅(qū)動(dòng)器的GaN器件，采用8mm x 8mm四方扁平無(wú)引線 （QFN） 封裝。通道2顯示SW節(jié)點(diǎn)，此時(shí)高管器件在總線電壓為480V的情況下，以120V/ns的壓擺率被硬開(kāi)關(guān)。這個(gè)經(jīng)優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)器集成式封裝和PCB將過(guò)沖限制在50V以下。需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，捕捉波形時(shí)使用的是1GHz示波器和探頭。

　　結(jié)論

　　GaN晶體管與其驅(qū)動(dòng)器的封裝集成消除了共源電感，從而實(shí)現(xiàn)了高電流壓擺率。它還減少了柵極環(huán)路電感，以盡可能地降低關(guān)閉過(guò)程中的柵極應(yīng)力，并且提升器件的關(guān)斷保持能力。集成也使得設(shè)計(jì)人員能夠?yàn)镚aN FET搭建高效的過(guò)熱和電流保護(hù)電路。