如果你正在从事快充、适配器、LED 电源、电视或电动工具等产品的开发,文中提供的一些设计思路和注意事项,不仅适用于氮化镓器件,也可为传统硅MOS管的驱动设计提供参考。
氮化镓(GaN)器件近年来应用广泛,与传统硅MOS相比,它在效率、开关速度和功率密度方面具备明显优势。但要充分发挥其性能,驱动电路的设计尤为关键。我们基于英诺赛科官方资料,对部分核心内容做了梳理和汇总,其中涉及的驱动原理、布局建议及设计要求等,对多种功率器件驱动开发都有借鉴意义。
为方便深入阅读,文末附有完整版PDF(共30页)的获取方式,有需要的工程师可以查看。
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高压InnoGaN的栅极集成有ESD保护电路,可靠性更高。大部分产品的栅极持续耐压范围是-1.4V ~ +7V,栅极瞬态耐压范围是-20~+10V。有些型号还特别把负压耐受力提升到了-6V,更适合需要负压关断的大功率场景。

驱动电压高低直接影响导通电阻(Rdson)。一般来说,驱动电压越高,Rdson越小,通流能力越强。不过也别盲目往上加,综合考虑性能和可靠性,推荐工作电压设在6V~6.5V之间。

它和硅MOS管有不少相似之处,比如都是电压型驱动,都靠外置驱动电阻(Rg_ext)来控制开关速度。但也有几个关键区别:
栅极耐压和阈值电压(Vth)更低,意味着驱动回路要更小心处理,避免振荡;
推荐驱动电压是6V,比硅MOS常见的10-12V低。如果想直接用原来的控制IC,可能得额外加个降压电路或者换驱动芯片。
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英诺赛科把驱动电路分成了几个大类,见下表:


简单来说:
单管分压式用的人最多,通用性强,适合改造现有方案;
直驱式更简单,适合用在空间紧凑、干扰要求高的地方;
半桥隔离式性能最好,但成本和复杂度也高,常见于高端大功率电源。
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这种电路的核心是通过电阻分压和电容加速,来实现可靠的开启和关断。
关键元件说明:
Ron:控制开通速度;
Roff:控制关断速度;
Dz:稳压管,钳位栅极电压;
Cc:加速电容,帮助快速充放电;
Rb:下拉电阻,一般取10-20kΩ。

设计注意事项:
Sense电阻:主功率回路在Sense电阻上产生的压降会影响驱动电压,计算时不能忽略;
Igss(栅极漏电流):它会随温度上升而增加,设计时要按高温下的最大值来算;
Cc电容:这个电容很重要!容值太大会延长负压时间,太小又可能导致开关过程变慢、关断不及时。一般建议满足
稳压管建议选精度高(±2%)、温漂小的型号,比如ZD选6.2V,ZD1、ZD2选5.1V。
Layout方面也要特别注意:
驱动回路尽量短,控制IC的Drive脚靠近GaN放置;
驱动电路的电阻电容尽量贴近GaN;
避免驱动回路和功率回路重叠,防止干扰;
GaN的Source散热焊盘要大面积铺铜,帮助散热。

直驱方案更简单,但要注意:

最好选用输出6V的驱动IC;
Sense电阻的压降会导致驱动电压跌落,建议选带补偿功能的控制IC;
Igss同样会影响驱动电压,Ron推荐不大于330Ω。
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半桥结构常用在LLC、ACF、AHB等拓扑中,搞不好容易上下管直通,所以驱动可靠性特别重要。
可以通过分压或直驱实现。开关过程中,电流回路要尽可能小,避免寄生参数引起震荡。

Layout上推荐开尔文接法,把驱动回路和功率回路分开,减少相互干扰。

同时:
驱动IC尽量靠近GaN;
驱动回路面积尽量小,降低寄生电感和电阻;
高边驱动线路要避开芯片地,防止形成环流。
适合大功率场合,性能更稳。既可以用“数字隔离器+驱动器”的分立方案,也可以用集成的隔离半桥驱动器。

关键设计点包括:
开通电容(C5/C7)和关断电容(C6/C8)的容值要选对;
负压电路建议设在-3V以内,避免误开启;

