氮化镓引领高密度开关电源隔离栅极驱动器技术革新

氮化镓（GaN）技术在电力电子领域的应用日益广泛。该技术不仅消除了反向恢复，还降低了对工业和汽车级电源至关重要的高开关频率下的损耗。然而，如果不对功率场效应晶体管进行更细致的控制和驱动，要充分利用 GaN 的快速开关和其他独特性能可能是一项挑战。因此，功率半导体供应商希望升级他们的栅极驱动器，以提供更精确、更高效的电源转换。

图示：GaN技术

AHV85110 是 Allegro MicroSystems 最新推出的隔离栅极驱动器，专为氮化镓 FET 而设计。它与其他适用于氮化镓的栅极驱动器并无不同：它能提供大的灌电流和源电流，传播延迟快，不会受到高压瞬态的影响。但它最显著的特点是直接集成了隔离式直流-直流电源，可驱动氮化镓场效应晶体管，占板面积可缩小 40%。该栅极驱动器是 Allegro Power-Thru 系列的首款产品，其独特的架构有助于减少电磁干扰 (EMI)，从而使效率提高了 40%。

图示:AHV85110

选择合适的栅极驱动器至关重要，因为它在电力电子设备中扮演着重要角色。驱动器是微控制器 (MCU) 与功率场效应晶体管之间的接口，微控制器可输出脉宽调制 (PWM) 信号，控制电源的占空比、频率、死区时间和移相。

图示：氮化镓引入高密度开关电源中

隔离对于栅极驱动器来说非常重要，它可以保护系统和任何接近系统的人免受危险高压的影响。"Allegro 应用营销高级总监 Ram Sathappan 说："我们看到 SiC 和 GaN 正在成为电源开关的标准，因此我们需要确保我们的栅极驱动器能够为它们提供支持。

传统上，栅极驱动器与单独的直流-直流偏置电源或自举二极管配对，以提供控制和驱动功率级高压侧 GaN 或其他 FET 栅极的电压。

图示：栅极驱动器

由于输出功率的开关速度和质量会影响性能，因此在选择功率场效应晶体管、将其与栅极驱动器和偏置电源相匹配以及将所有器件连接起来时必须小心谨慎。更重要的是，氮化镓为各种新型电源拓扑打开了大门--这些拓扑可以利用氮化镓更好的开关电容和反向恢复损耗，但MOSFET 和 IGBT 却无法实现。

图示：MOSFET

图示：IGBT

这些拓扑结构不可避免地需要更复杂的模拟、电源和无源元件的相互作用，因此需要更多的电源轨来移动电压和电流。在组装时，栅极驱动器、偏置电源和 FET 之间的连接会在控制接地和栅极驱动器控制源极之间产生共模电容，从而导致高开关损耗。杂散电容还会产生不必要的噪声和电磁干扰 (EMI)，对系统造成损害并妨碍其电磁兼容性 (EMC)。

与 MOSFET 和 IGBT 相比，氮化镓功率场效应晶体管可在更高的频率下运行，而不会在转换过程中损失过多的功率。但是，如果不能防止这些高速运行时可能出现的高电压瞬变，则可能导致误导通或系统损坏。 

图示：GaN在汽车中的应用

这款汽车级栅极驱动器具有偏置电源和驱动电流隔离输出引脚，还能承受高达 100 kV/µs 的瞬态电压 (CMTI)，这对于需要稳健隔离、电平转换或接地隔离的系统非常重要。以上从氮化镓器件的应用角度，将其与高密度开关电源的隔离栅极驱动器结合，反映出氮化镓在这一领域中的价值和作用。欢迎点赞转发让精彩的文章被更多人看到！