氮化鎵(GaN)是一種具有高電子遷移率的寬禁帶半導體材料。在晶體管級，GaN比傳統(tǒng)硅晶體管具有更高的電流、更快的開關(guān)速度和更小的物理尺寸。還可以使用增強模式GaN (e-GaN)和采用Cascode結(jié)構(gòu) FET GaN開關(guān)結(jié)構(gòu)。
e-GaN開關(guān)是一種正常關(guān)閉的GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)，它的工作原理與普通MOSFET類似，但需要更多的注意門驅(qū)動電路的設計。e-GaN HEMTs就是專門為開關(guān)而設計的門驅(qū)動器。在Cascode結(jié)構(gòu)中，Cascode耗盡模式GaN開關(guān)與硅MOSFET串聯(lián)使用常開耗盡模式GaN HEMT。硅MOSFET控制開關(guān)中的氮化鎵HEMT的開關(guān)，因此可以使用標準的MOSFET柵驅(qū)動器，并集成了GaN HEMT和相關(guān)的GaN門驅(qū)動電路的部件也可使用。
應用前景
隨著越來越多的供應商向市場提供產(chǎn)品，GaN在電力應用中的應用顯著增長。相對于硅，GaN具有更高的開關(guān)頻率、更低的損耗和更小的物理尺寸。這意味著工程師在設計有限空間和高效率的電力電路時有更多的選擇。從GaN中獲益最多的應用程序是那些需要高效率或緊湊物理空間的應用程序。在服務器、電信、適配器/充電器、無線充電和D級音頻等市場有著光明的情景。
廠商產(chǎn)品一覽
EPC
自從2009年推出商用增強型GaN (eGaN?)晶體管以來，EPC現(xiàn)在提供了廣泛的GaN FETs和集成GaN器件選擇。場效應晶體管有單晶體管和陣列兩種，單極晶體管Vdss額定值可達200 V，連續(xù)ID可達90a (TA = 25°C)。晶體管陣列有雙共源、半橋和半橋+同步引導配置。此外，集成的GaN器件——EPC2112和EPC2115，EPC2112包含一個200伏GaN功率晶體管和一個2.9mmx1.1mm封裝優(yōu)化柵驅(qū)動器；EPC2115包含兩個單片150伏GaN功率晶體管，每個晶體管都有一個優(yōu)化的柵極驅(qū)動器，封裝在一個2.9毫米x 1.1毫米的封裝中。
由于GaN晶體管比硅晶體管小得多，故而EPC設備采用芯片級封裝。這種組合使得更小的設備使用更少的PCB空間，讓成本更低。更小的引腳和更卓越的性能使得GaN
無法設計更大的硅零件。EPC的FETs和ICs在評估版和展示板上訪問快速啟動指南，示意圖，BOMs和Gerber文件。
英飛凌
英飛凌在硅(Si)、碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)技術(shù)中提供基于半導體的電力設備。在GaN技術(shù)方面，英飛凌開發(fā)了用于高壓GaN開關(guān)的600v CoolGaN?增強模式(通常關(guān)閉)GaN電源晶體管和EiceDRIVER?單通道隔離柵驅(qū)動芯片。1EDF5673K、1EDF5673F和1EDS5663H EiceDRIVER?柵極驅(qū)動器IC與CoolGaN?power fts具有很強的互補性。GaN EiceDRIVER?系列的主要優(yōu)點包括正柵和負柵驅(qū)動電流，在非相位時能將柵電壓牢牢地保持在零，以及集成的電流隔離。
Navitas
集成電路是集成了GaN功率場效應晶體管、門驅(qū)動器和邏輯的單片GaN芯片。Navitas提供GaN電源集成解決方案，將完整的電路集成在一個模具中，在尺寸、開關(guān)速度、效率和易于集成方面具有顯著的優(yōu)勢。NV6113、NV6115和NV6117是單開關(guān)設備，可用于buck、boost、半橋和全橋等拓撲。NVE031E是NV6115的電源演示板。
德州儀器公司
TI提供GaN驅(qū)動器和集成的GaN電源級設備。驅(qū)動程序為設計人員提供了選擇GaN輸出FET的靈活性，以滿足特定要求。集成功率級器件可將寄生電感降至最低，從而提高開關(guān)性能，減少電路板空間。
TI的GaN驅(qū)動程序包括LMG1205、LMG1210、LMG1020和LM5113-Q1。LMG1205的設計是在同步降壓、升壓或半橋結(jié)構(gòu)下驅(qū)動高側(cè)和低側(cè)增強模式GaN FETs。LMG1210具有與LMG1205相同功能，但提供了優(yōu)越的開關(guān)性能、電阻可配置的死區(qū)時間以及用于更廣泛VDD范圍的內(nèi)部LDO。LMG12xx評估板包括LMG1205HBEVM和LMG1210EVM-012。LMG1020是一個單一低側(cè)驅(qū)動程序，用于在高速應用中驅(qū)動GaN和邏輯級MOSFET上。LM5113-Q1用于驅(qū)動高側(cè)和低側(cè)增強模式GaN FET或硅MOSFET同步降壓、升壓或半橋結(jié)構(gòu)的汽車應用，并符合EC-Q100，它的評估版是LM5113LLPEVB。
TI的集成電源級設備包括LMG3411和LM5200。LMG3411集成了600伏GaN場效應管、驅(qū)動器和保護電路，它的評估板是lmg3411ev -029。LMG5200集成了兩個80伏GaN場效應管，由一個高頻驅(qū)動器驅(qū)動，采用半橋結(jié)構(gòu)。
Transphorm
最后，Transphorm提供的GaN電源開關(guān)，其基礎(chǔ)是一個正常關(guān)閉的低電壓硅MOSFET和一個正常打開的高電壓GaN HEMT[1]在Cascode結(jié)構(gòu)。
Transphorm的GaN器件就像帶有低電荷體二極管的超高速場效應晶體管。與傳統(tǒng)硅相比，具有較短的恢復時間等優(yōu)點。開關(guān)提供非常快的上升與上升時間<10 ns。可以用在650伏和900伏的設備上。
增強型GaN HEMT可在低、中壓范圍(高達200V)使用，很快就可以達到更高電壓(600V)。然而，就當今的技術(shù)而言，由于面臨閘極驅(qū)動設計挑戰(zhàn)，所以必須平衡增強型元件的便利性、性能和穩(wěn)定性，增強型GaN HEMT的臨界值電壓較低，而且可以完全導通的增強型VGS和絕對最大額定值的VGS通常只差1V。鑒于GaN HEMT的開關(guān)速度極快，促使從漏極耦合到閘極的C dv/dt造成閘極驅(qū)動電路很容易受到「閘極反彈」電壓的影響。盡管如此，增強型GaN HEMT仍然具有誘人優(yōu)勢，并且將來的產(chǎn)品設計毫無疑問會越來越好。
[1] 基本的GaN構(gòu)建模組就是高電子遷移率電晶體(HEMT)，它由一塊基板上生長的各種GaN層構(gòu)成。HEMT基本上是一種超高速、常開元件，像通過施加負閘偏壓即可關(guān)閉的電阻。