功率管是電力電子產品的基本構成單元,持續發展至今。
近年來碳化硅和氮化鎵材料的功率器件推出,基于寬禁帶半導體材料的功率管作為一種更先進的功率管正在被廣泛的應用,其速度快,頻帶高,與硅等傳統的半導體材料相比,它能夠讓器件在更高的飽和電子遷移率、頻率和電壓下運行。
硅的帶隙是1.17電子伏特,碳化硅是3.263電子伏特,氮化鎵是3.47電子伏特。
英飛凌是目前唯一覆蓋普通硅、碳化硅、氮化鎵三種工藝的功率管的公司。
提到英飛凌,大家都知道他的CoolMOS? Mosfet,另外英飛凌還有600V以上的碳化硅二極管和1200V以上的碳化硅功率管,以及600V的CoolGaN? 產品,其優良的特性,包括無寄生體二極管、無反向恢復、可以雙向導通,可以實現更多完美的拓撲以及更高頻和高效的電源設計。
配合英飛凌的CoolGaN?專用驅動1EDF5673K可以大大的簡化設計。
首先采用源表對英飛凌的CoolGaN?——IGO60R070D1進行IV曲線的測量。
利用2臺泰克(吉時利)的6.5位源表聯機測量。
一臺用于驅動信號的供給,另一臺用于VDS和IDS電壓電流的測量。通過上位機聯動操作測試。

規格書給出的驅動所需要的最大平均電流是20mA,設置Vgs電壓限制為5V,測試Igs電流從0.1mA到15mA的IV曲線如上圖。
從圖中可以看出,Igs和Ids的線性關系還是比較好的,在Igs=14mA、Vds>15V進入完全導通狀態,在Igs=15mA、Vds>11V進入完全導通狀態。
設定Vds為15-20V,測試Igs電流從-15mA到+15mA時的Vgs電壓的IV曲線

從圖中可以看出,CoolGaN? IGO60R070D1正負電流驅動的對稱性非常好,而且趨勢非常明顯,在電流滿足的情況下,需要的Vgs電壓也非常低。
在電路設計中我們知道,弱電流信號往往比弱電壓信號的抗干擾能力更強,所以,CoolGaN?在電源中應用會比電壓驅動氮化鎵功率管更穩定和可靠。
不過在高頻開關電源的應用中,還是需要按常規做法做到驅動回路盡量短小,將驅動線路中的寄生電感降低至最小,畢竟電感會抑制電流的上升。同時,由于CoolGaN?的導通域值比較低,所以在高DV/DT和高DI/DT電路中,還是有必要在開關瞬間加入負壓關斷來抑制干擾。
建議采用英飛凌推出的CoolGaN? 專用驅動芯片1EDF5673K、1EDF5673F和1EDS5663H,其不同于傳統功率MOSFET的柵極驅動IC,這個針對英飛凌CoolGaN?量身定制的柵極驅動IC可提供負輸出電壓,以快速關斷氮化鎵開關。
在開關應處于關閉狀態的整個持續時間內,GaN EiceDRIVER IC可以使柵極電壓首先跳到負電壓,這可保護氮化鎵開關不受噪音導致誤接通的影響,之后柵極電壓穩定保持為零。這對于開關電源實現強健運行至關重要。氮化鎵柵極驅動IC可實現恒定的GaN HEMT開關轉換速率,幾乎不受工作循環或開關速度影響。這可確保運行穩健性和很高能效,大大縮短研發周期。它集成了電隔離,可在硬開關和軟開關應用中實現強健運行。
它還可在開關電源的一次側和二次側之間提供保護,并可根據需要在功率級與邏輯級之間提供保護。