如何使用氮化鎵：氮化鎵場(chǎng)效應晶體管的驅動(dòng)器和版圖的考慮因素

圖4： 傳統印刷電路板設計配以氮化鎵場(chǎng)效應晶體管(eGaN FET)a) 橫向功率環(huán)路的頂視圖 b)直向功率環(huán)路的側視圖

要改善性能，可通過(guò)發(fā)揮傳統橫向及直向設計的強項及壓抑其弱項。宜普公司開(kāi)發(fā)了優(yōu)化后的版圖：我們把印刷電路板的寄生電感減至最低。從圖5a的側面圖可看到，使用多層印刷電路板結構并配以low profile 自取消(self-cancelling)環(huán)路。這個(gè)設計使用內部第一層作為功率環(huán)路回路路徑，這個(gè)路徑處于在頂層的功率環(huán)路的正下方，容許具有最小物理尺寸的環(huán)路與具磁場(chǎng)的自取消環(huán)路合成。

圖5： 1)含氮化鎵場(chǎng)效應晶體管的最佳功率環(huán)路的側視圖 2)含氮化鎵場(chǎng)效應晶體管最佳設計與含MOSFET器件最佳設計的效率的比較(VIN=12 V, VOUT=1.2 V, Fs=1 MHz, L=300 nH, eGaN FET: T: EPC2015 SR: EPC2015, MOSFET: T: BSZ097N04LSG SR: BSZ040N04LSG)

使用最佳功率環(huán)路，相比傳統最優(yōu)印刷電路板版圖，高頻環(huán)路電感可減少達40%即低于0.4 nH值，這相等于性能得以提升。圖5b展示了使用最佳版圖，對內含40 V硅MOSFET器件與含40 V氮化鎵場(chǎng)效應晶體管的降壓轉換器的效率作出比較。我們可以看到，基于氮化鎵場(chǎng)效應晶體管的設計可提高效率超過(guò)3%。由于最佳版圖大大減少高頻環(huán)路電感，因此與含40 V硅MOSFET的基準設計比較，含氮化鎵器件的設計可增快開(kāi)關(guān)速度達500%及減少過(guò)沖電壓達40%。

圖6： 含氮化鎵場(chǎng)效應晶體管的最佳設計與含MOSFET器件的最佳設計的開(kāi)關(guān)節點(diǎn)波形圖(VIN=12 V, VOUT=1.2 V, IOUT=20 A, Fs=1 MHz, L=300 nH, eGaN FET: T: EPC2015 SR: EPC2015, MOSFET: T: BSZ097N04LSG SR: BSZ040N04LSG)

總結

具備高性能的氮化鎵場(chǎng)效應晶體管可實(shí)現傳統硅MOSFET技術(shù)所不能實(shí)現的潛力--在更高頻及更高效下開(kāi)關(guān)。由于氮化鎵場(chǎng)效應晶體管改善了品質(zhì)因數及使用具有低寄生電感的封裝，因此需要一個(gè)具低寄生電感的印刷電路板版圖以全面發(fā)揮器件的性能。宜普電源轉換公司開(kāi)發(fā)了最佳版圖，進(jìn)一步增強氮化鎵場(chǎng)效應晶體管在技術(shù)方面的優(yōu)勢并在效率方面實(shí)現額外的增益，以及具備可在更高電壓下工作的性能。

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