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功率电感:MOSFET驱动器和布局(一)

时间:2014-11-12 17:31:38 点击:
 在本系列的第一篇文章中,我们使用不同的衡量标准对增强型氮化镓(eGaN)功率电感器件和先进的硅MOSFET进行了比较。eGaN FET之所以与硅器件不同,是因为它们具有明显更快的开关速度,因此我们必须研究针对栅极驱动、布局和热管理的不同要求,而在某种程度上这些因素都是相互影响的。

  为了确定栅极驱动电路的要求,以及它们与传统硅MOSFET驱动器的区别,我们必须将硅FET器件和eGaN FET器件的参数进行比较(表1)。在考虑栅极驱动要求时,eGaN FET的三个最重要参数电感器工厂是:最大允许栅极电压、栅极阈值电压、“体二极管”压降。

  与传统硅器件相比,eGaN FET最大允许的栅极至源极电压是较低的。其次,其栅极阈值与大多数功率MOSFET相比也是较低的,但它受负温度系数的影响没那么大。第三,“体二极管”正向压降要比同等的硅MOSFET高1V。

  

  栅极下拉电阻

  eGaN FET提供的一大优势是其可实现的开关速度。然而,伴随这个新功能的更高di/dt和dV/dt不仅要求布局具有更小的寄生电容、电阻和功率电感,而且还会给栅极驱动器增加一些新的考虑因素。让我们看一个半桥电路,该电路使用一个具有高dV/dt导通值的补偿器件,如图1所示。‘米勒’充电电流从漏极(开关节点)经过CGD和CGS直到源极,以及通过CGD到RG(内部栅极电阻)和RSink(栅极驱动器吸收电阻)再到源极。避免这个器件dV/dt(米勒)导通的条件是:

  

  其中:功率电感制造商α= 无源网络时间常数(RG + RSink) x (CGD + CGS) dt = dV/dt 开关时间。因此,为了避免eGaN FET的米勒导通,有必要限制器件栅极和源极之间的总电阻路径(内部栅极电阻RG和外部栅极驱动吸收电阻RSink)。有人可能会辩称,对于具有良好米勒比率(QGD/QGS(VTH)《1)的器件来说,不必有这样的要求。但实际上,由于QGD会随功率电感器VD而增加,这个比率将随着开关电压的增加而慢慢变差,因此不能单单依靠它来防止米勒导通。


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