随着半导体工艺的特征尺寸日益逼近理论极限,摩尔定律对半导体行业的加速度已经明显放缓,未来半导体技术的提升,寻找硅以外的新一代半导体材料,则成了一个重要的方向。近年来第三代半导体的提出与发展使宽禁带半导体材料做为高频词汇进入了人们的视野。第三代半导体材料具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更高的电子饱和速率及更高的抗辐射能力,更适合于制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。
GaN是近年来的研究最多的宽禁带半导体。
在电力电子应用方面,GaN功率器件主要的优势表现为:
1.具有很高的开关速度
2.具有优秀的反向恢复性能
3,GaN器件体积小
这对未来电力电子装置的高频化,高功率密度化起着重要的作用。
浅析开关管重要参数
下面将对GaN systems 公司的GS66502B进行分析。
Drain-Source Voltage VDS:漏源电压,开关管能承受的主电路电压。
Gate-Source Voltage VGS:栅源电压,开关管可以导通的电压,有最大值,最小值,最优值区分。
Drain-to-Source on Resistance RDS(on):导通时漏极源极之间的电阻(通态内阻),与开关管导通时的通态损耗有着很大的关系。
Input Capacitance Ciss:输入电容由GS电容和GD电容并联而成,当输入电容充电至阈值电压,MOS管才打开,放电至一定的值,MOS管才关闭, Ciss越大,开关管的开通关断时间越大。
Output Capacitance Coss:输出电容由DS电容和DS电容并联而成,输出电容在软开关应用时容易与电感形成谐振。
Reverse Transfer Capactiance Crss:反向传输电容(米勒电容)为CGD,与开关管的开通关断时间和米勒效应有着密切关系。
根据上表可以看出GaN开关管在耐压较大的情况下,各项参数仍然优于Mosfet。
GS66502B驱动电压VGS的探讨
对于GS66502B驱动电压VGS的选择,文档中有图如下:
根据上图可以看出,在相同的VDS下,VGS越大,IDS越大,可以判断不同的驱动电压,与开关管的导通内阻有关,且VGS为6V时,通态电阻最小。文档中有说明:推荐的栅源电压为0-6V可以获得最佳的通态电阻和长的寿命。最大的驱动电压为7V,如果开关频率很高达到1MHz则VGS可以到10V。在6V栅驱动电压下,开关管的高电子迁移率得到充分增强,达到最佳效率点。一个5V栅极驱动器可以使用,但可能导致较低的工作效率。总体来说,GS66502B的最佳驱动电压为6V。