不断发展的eGaN FET生态系统：栅极驱动器、控制器和无源组件

时间： 2020-07-08 来源：EPC

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与基于Si的替代产品相比，基于eGaN FET的电源转换系统可提供更高的效率，更高的功率密度以及更低的总体系统成本。这些优点刺激了电力电子器件领域的发展，例如栅极驱动器，控制器和专门增强eGaN FET性能的无源组件。EPC的eGaN FET示例如图1所示，范围为7mΩ至120mΩ和100V至350V，主要型号有：EPC2036，EPC8010，EPC2045，EPC2001，EPC2047，EPC2050。

图1 eGaN FET的示例——7mΩ~120mΩ/100V~350V

<eGaN FET器件领域概述>

eGaN FET的生态系统可以分为三大类：1）栅极驱动器、2）控制器、3）无源组件。如图2所示为一个典型的同步降压转换器，图示标亮区域的这些不同的组件，这些组件的要求由eGaN FET的特性决定，这些特性包括占位面积小，开关速度快，严格的栅极电压要求以及高频能力等等。

图2 典型的基于同步eGaN FET的Buck转换器的电路原理图，重点介绍了eGaN FET生态系统的关键组件

<栅极驱动器>

栅极驱动器IC对于优化eGaN FET的开关速度至关重要。为了与eGaN FET兼容，栅极驱动器必须具有适用于5V驱动的合适UVLO，低上拉和下拉电阻，较小的占位面积以及具有足够的共模瞬变抗扰度（CMTI）的隔离能力，从而能承受高dv / dt。一些与eGaN兼容的驱动器的其他比较有利的功能，包括有集成稳压器，自举管理和非常窄的脉冲宽度功能。表1展示了适用于eGaN FET的低侧栅极驱动器的一些示例，表2展示了半桥栅极驱动器。对于没有单个IC解决方案的高压设计，可以将低侧栅极驱动器与具有高CMTI的高压信号隔离器结合使用。

表1 兼容eGaN FET的低侧栅极驱动器

表2 兼容eGaN FET的半桥栅极驱动器

<控制器>

随着eGaN FET的转换器往更高的频率发展，要求控制器需要工作在MHz范围内，并需要更高的控制带宽和对高频转换器的更严格的调节与控制。许多控制器还集成了栅极驱动级，该驱动级必须满足前述的栅极驱动器要求。表3和表4分别展示了用于同步整流和同步Buck转换器应用的兼容eGaN FET的控制器。

表3 同步整流器的eGaN FET兼容控制器

表4 同步降压转换器的eGaN FET兼容控制器

数字控制器还可用于许多eGaN FET的应用，例如多相和多电平拓扑架构。典型示例包括Microchip的PIC系列以及TI的Delfino和Piccolo系列。

<无源元件>

更高工作频率的eGaN FET转换器，则需要经过对更高频率优化的无源组件。描述eGaN FET转换器性能的关键指标是功率密度和效率，其中包括输入和输出滤波器。电感的重要选择参数，包括有低串联电阻（ESR）（能够最大程度地减小传导损耗）、低铁芯损耗和低寄生电容。Vishay的IHLP系列能够满足这些标准和要求。多家供应商都可提供适合旁路/去耦的陶瓷电容器，其中X7R或X7S的温度系数在最高功率密度下也表现出色。

<总结>

随着eGaN FET在应用设计中继续发展，为实现eGaN FET优异性能所需的其他支持器件的领域也将不断发展。如今，该领域的规模已不再是GaN设计中的限制因素，随着栅极驱动器，控制器和无源组件等的数量迅速增长，设计人员可供选择很多。

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