GaN晶體管是新電源應(yīng)用的理想選擇。它們具有較小的尺寸，非常高的運(yùn)行速度并且非常高效。它們可用于輕松構(gòu)建任何電力項(xiàng)目。在本教程中，我們將使用EPC的GaN EPC2032進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

EPC2032的特性

EPC2032 eGaN的供貨形式為帶有用于焊接的突起（參見圖1）。它的尺寸很小。以下是其一些值得注意的功能：

• Rds（on）：4毫歐（0.004歐姆）；
• Ids（max）：48 A;
• 漏源電壓（Vds）：100 V;
• Vgs：6 V；
• 結(jié)工作溫度（Tj）：-40°C至+ 150°C;
• 很高的開關(guān)頻率；
• 尺寸為4.6 x 2.6毫米;
• 熱阻：0.45°C / W。

圖1 EPC2032 GaN

模擬Rds（on）和效率

我們可以首先分析飽和狀態(tài)下的Rds（on）的測量結(jié)果，然后分析功率器件的靜態(tài)效率。應(yīng)用圖如圖2所示。

圖2：GaN靜態(tài)測試的接線圖

電路的靜態(tài)工作值如下：

• Vcc：100 V；
• 負(fù)載電阻：5歐姆；
• Vg：6 V；
• 負(fù)載電流：19.98 A；

Rds（on）值為EPC2032：0.00285307歐姆（2.8毫歐）。在電路的工作條件下，仿真計算了器件的靜態(tài)電阻值，從而確認(rèn)了官方數(shù)據(jù)表中的一般功能。

我們獲得EPC2032的效率值：99.935％。

在這些條件下，即使漏極源結(jié)被20安培的電流交叉，GaN仍在工作時實(shí)際上保持低溫。實(shí)際上，功耗等于EPC2032：1.29瓦。

有趣的是，在將任何類型的負(fù)載施加到電路輸出端時，其靜態(tài)效率都很高。分析1歐姆至101歐姆之間的歐姆電阻，效率百分比非常高。電阻值的掃描可以通過SPICE指令執(zhí)行：

.step參數(shù)加載1101 2

RDS（on）對溫度的依賴性

不幸的是，溫度始終會影響任何電子組件。隨著溫度的變化，GaN的工作條件也會發(fā)生變化。幸運(yùn)的是，所檢查的GaN模型使這些變化最小。通過仿真可以觀察到-55°C至+ 150°C之間的溫度。盡管在所有工作條件下DS結(jié)的電阻值都不相同，但電路的效率始終很高，大于99.7％在所有情況下。

圖3：Rds（on）與溫度的關(guān)系

EPC2032 MOSFET的Ids vs.Vds

一個非常有趣的模擬功能突出顯示了柵極不同極化時漏極電流相對于Vds電壓的趨勢。Mosfet的行為會隨著結(jié)溫的變化而極大地變化。下面的示例提供了一個典型的電路，例如上述電路，其中以下靜態(tài)參數(shù)有所不同：

Mosfet：EPC2032

• Vds：從0 V到3 V連續(xù)；
• Vg：2 V至6 V，步長為1 V；
• 結(jié)溫：25 V和150 V.

請記住，要改變Vds，可以使電源電壓V1多樣化或修改負(fù)載R1的電阻值。由于我們正在以1 V的步長檢查柵極電壓Vgs，因此我們將在曲線圖上觀察到的曲線是指等于2 V，3 V，4 V，5 V和6 V的五個驅(qū)動電壓。SPICE指令從在仿真軟件中進(jìn)行設(shè)置，因此提供了對電壓發(fā)生器V1和V2的掃描，如下所示：

.dc V1 0 100 1 v2 2 6 1

此外，還必須提供以下SPICE指令來分別將系統(tǒng)溫度設(shè)置為25°C和150°C：

.temp 25

或者

.temp 150

通過執(zhí)行DC仿真，該軟件將產(chǎn)生圖4所示的圖形。

圖表非常清晰，表達(dá)了一個基本概念：該組件在較低的溫度下效果更好。25°C的結(jié)溫可實(shí)現(xiàn)出色的性能和非常高的效率。在150°C的極限溫度下，即使柵極上的電壓值不同，傳輸電流也會大大降低，實(shí)際上將其值減半。

圖4：EPC2032 GaN MOSFET的特性曲線

結(jié)論

為了使用GaN，強(qiáng)烈建議查閱官方數(shù)據(jù)手冊，以避免超出制造商的限制并從設(shè)備中獲得最佳性能?？梢赃M(jìn)行其他仿真示例，例如通過修改“門”電壓來控制和測量“漏極”電流，或者電路效率相對于溫度的變化。無論如何，必須考慮到，如今的GaN是極其快速，堅固且功能強(qiáng)大的開關(guān)器件，將來它們將能夠制造性能越來越高的汽車和轉(zhuǎn)換器。

編輯：hfy