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叙GaN在开关电源设计中的应用
首要来说说什么是GaN，中文名:氮化镓，常温常压下是纤锌矿结构。是现在半导体照明中蓝光发光二极管的中心资料。而发光二极管又是东莞开关电源的组成部分。跟着工艺的行进和缺陷率的不断下降，GaN在交直流电力转化、改动电压电平、并且以必定数量的函数保证可靠电力供给的电子开关电源中的优势越来越显着。
开关电源规划人员正在从头考虑电路的规划，企图寻找能充散发挥全新GaN晶体管潜能又能防止负面影响的方法来创造开关电源体系。考虑这类问题时一般的思路是在现有组件中寻找解决方案—GaN开关，Si开关驱动器，高速开关控制器，以及功率电感器、变压器和电容器等总体规划中的部件。
(1) 低阈值电压
GaN FET 的阈值电压一般低于1.5V ，小值低至0.7V ，比较许多MOSFETs低，但它随温度简直陡峭改动。低阈值电压带来的问题：
1) 在实践电路中栅极驱动途径上会存在漏电感以及栅电容，这些寄生要素在开关瞬态会引起振动， 一些小幅度的电压上升一般或许会被栅极检测到， 导致误翻开乃至穿通。
2) 开关电源常用到的栅驱动电路是推拉输出结构，运用P型FET作为高端， N型FET作为低端。当驱动功率MOS 时，一般将一个二极管并联在栅极电阻上来控制翻开速度而不影响关断速度。可是，关于GaN来说，此电路不能运用。由于二极管的正向压降或许会大于阈值电压的小值，阻断GaN FET 的关断。
3) 由于杂散电感的存在，它与寄生的电容在栅极会引起较大的噪声电压，导致误翻开。
(2) 栅源电压上限要求严峻：VGS(MAX) =6V。一方面， VGS有必要被设定在5.5V 以下来预留0.5V 的安全余量。另一方面，从Rds(ON) 与VGS曲线看出，在VGS=4.5-5.5V 时， Rds(ON) 能够抵达小值，意味着下降传导损耗。概括考虑，将VGS设置在5V。栅源电压规划要求带来的问题：有必要对栅源电压进行严峻控制， 防止损坏GaN FET功率管栅极，适用于MOSFETs驱动的一般偏置不能被直接运用。
(3) 开关电源之GaN FET 反导游通
GaN FET 的IV 转移特性，看出GaN FET 能够反导游通。反导游通特性代替了一般MOSFET体二极管的续流效果，但其较高的反导游通压降引起了新的问题。
问题1：反导游通压降较大。当低端FET 导通时， VCC经过自举二极管对自举电容进行充电，充电后的电容为高端FET供给偏置，该技术运用到GaN FET 时，自举电容两头的电压：Vboot = Vcc-VF + Vsd _ Q1 。VF为二极管压降， VCC一般为 5V，由于 Vsd_Q1会跟着负载电流的增加而敏捷增加， 使得Vboot的值会很快上升至超出大电压6V ，高端FET受损。
问题2：反导游通构成较大损耗， 下降了体系效率。反导游通时栅源电压抉择了反导游通的翻开程度， 栅源电压的负向过冲构成反导游通的阻抗增大，如此构成大负载电流时的功率管热损耗十分可观，所以需求负向过冲尽量小。
由于GaN能够作业在较高的频率，所以存在较大的dV/dt。这将会引起严峻的EMI 问题。能够选用扩频或许栅极分段驱动的方法，进行改进。相同该方法能够解决问题(1)中提及的栅极振动引起的误动作问题。
针对上述问题，开关电源IC供货商供给的解决方案是将上述说到的FET，驱动器以及为开关供给支撑的无源器件封装在同一个模块中，这样将会极大地削减SMPS的大小和组件数量。物理规范的削减也将意味着体系制形本钱的下降，以及依据GaN规划的高效率。
下降规划复杂度与缩小解决方案规范相同重要。一个驱动器开关模块将芯片间的连接线减小到尽或许短的长度，然后大极限地缩短了延迟时间，并削减了那些使开关脉冲输出失真的寄生阻抗。一款规划良好的模块将大大削减多芯片规划的寄生因子，其间的某些因子会削减一个数量级，乃至更多。
其他还需求针对依据开关电源GaN规划的磁性元件规划，由于现在磁性元件仍然在硅资料所结束的频率下作业。开关电源制造商和GaN研究机构通力协作，跟着依据GaN的开关电源组件不断上市，并且供给量在不断的增加，磁性元件供货商将会收到客户的许多央求，要求他们引进支撑这项技术的组件。一旦条件成熟，业界就能够在许多开关电源运用中充分运用GaN所带来的优势。
