導入Cascode結構　GaN FET打造高效率開(kāi)關(guān)

　　Qoss和Qrr有時(shí)容易被混淆。雖然這些參數是在不同條件下分別測量的，但是存在著(zhù)一定的重疊，從而掩蓋了GaN Cascode這類(lèi)技術(shù)的真正優(yōu)勢。反向恢復電荷Qrr是利用專(zhuān)用半橋電路（亦即雙脈沖測試儀）進(jìn)行測量的：在上臂FET內建立其體二極體正向電流，然后打開(kāi)下臂FET，從而迫使上臂體二極體內發(fā)生反向恢復事件。隨著(zhù)時(shí)間的流逝，測量電流，然后合并總反向傳導區域，得到電荷測量值Qrr。但是設想有一個(gè)帶有一定電容的理想二極體，然后按下面這種方法進(jìn)行評估：電容放電所需的電流是負電流，對其進(jìn)行合并并稱(chēng)之為Qrr，但是它不是真正的反向恢復電荷（理想二極體沒(méi)有反向恢復電荷），它只是電容電荷。重點(diǎn)在于傳統Qrr測量將真正的Qrr和Qoss混為一談并稱(chēng)之為Qrr。這一點(diǎn)很重要，因為不同的拓撲對真正的Qrr較敏感，而對Qoss則不那么敏感。例如，軟開(kāi)關(guān)拓撲可能會(huì )將Qoss整合到整個(gè)諧振電路中去，讓它變得基本上無(wú)損耗。但是與真正的Qrr相關(guān)的二極體復合時(shí)間造成的延遲和反向電流會(huì )產(chǎn)生功率損耗。結論就是，單看資料手冊中的參數或簡(jiǎn)單的指標無(wú)法知悉全部情況。每款元件都須要仔細評估，進(jìn)而了解其應用電路的真正損耗。

　　閘電荷是另一個(gè)GaN Cascode優(yōu)于替代矽FET的參數。再一次通過(guò)比較相同條件下的Rds（on）×Qg規范化為Rds（on），GaN Cascode的閘電荷低了八倍。由于每個(gè)開(kāi)關(guān)周期閘電荷在充電和放電期間都會(huì )被閘極驅動(dòng)電路全部耗盡，所以Qg降低會(huì )直接降低閘極驅動(dòng)電路的損耗，進(jìn)而提升總效率，特別是在高頻下。

　　GaN FET優(yōu)勢多商用可期

　　電力電子常用的拓撲隨著(zhù)半導體的發(fā)展而不斷變化。GaN實(shí)現了那些需要低Rds（on）和出色的體二極體行為的拓撲，從而將應用領(lǐng)域擴展到傳統FET無(wú)法充分發(fā)揮作用的領(lǐng)域，例如無(wú)橋升壓PFC和相移全橋轉換器之類(lèi)的高頻、高效拓撲，甚至電機驅動(dòng)應用也能受益，盡管它們的開(kāi)關(guān)頻率通常較低。GaN Cascode FET的傳導損耗低于IGBT，特別是在輕負載下，適于壓縮機和大多數時(shí)間在10？20%負載下運行的其他應用。GaN還可以在同步整流器模式下運行，從而降低二極體傳導損耗（與IGBT相比）。此外，相比于任何矽FET，即使是快速恢復外延二極體場(chǎng)效應電晶體（FREDFET），GaN Cascode的反向恢復特性也較出色，從而縮短硬開(kāi)關(guān)條件下的轉換時(shí)間，無(wú)須增加傳導電磁干擾（EMI）即可降低開(kāi)關(guān)損耗。

　　歸根究底，體二極體行為限制所有600V開(kāi)關(guān)選項的性能，因為通常須在開(kāi)關(guān)速度以及反向恢復的di/dt與dv/dt特性造成的EMI之間進(jìn)行折中；換言之，必須降低矽FET的速度（這將提高開(kāi)關(guān)損耗）方能消除傳導EMI。第一代GaN FET現已實(shí)現商業(yè)化，與當今最好的矽FET相比其有了明顯改善。