GaN憑藉其特性,廣泛應用在LED、射頻、電源轉換等領域,而具體在電源管理應用上,GaN的優勢包括:
下圖為Ancora FET-E6015PB010的規格,從紅框內所標示出來的數值可以對應上述優勢![]() GaN的驅動要求GaNFET的低電壓VGS、低電壓VTH以及寄生參數等影響,使得傳統的Si驅動電路不再適用於GaN,GaNFET的驅動要求更為嚴格,其驅動電路至少具備以下三個功能:
GaN的驅動種類
Ancora 建議的驅動線路![]() 左圖為傳統的分離式驅動模式,控制IC輸出PWM波形,經過了驅動線路到MOS的Vgs端,Vgs≒12V。右圖為Ancora的建議驅動線路,控制IC一樣輸出PWM波形,經過了Ancora專利線路RRCZ,將Vgs轉換成6V左右且提供負電壓關斷。可針對高頻切換所產生noise的地方增加對抗雜訊的能力。且上述的線路已在 500W Gaming 電源供應器、1KW 伺服器電源、2KW 網通電源的主要客戶上應用。Ancora RRCZ 專利線路優點• 利用簡單的線路直接驅動E-GaN• 比6V驅動更高的開關速度• 在閘極關閉的情況下為負偏壓• 可操作在超過1MHz的切換頻率• 與大多數的E-GaN驅動線路兼容實際測試波形![]() 從圖片中可以看出,totem pole driver IC提供的電壓為12V的PWM訊號輸出,此電壓是無法驅動E-GaN。所以透過專利電路主要的動作就是將電壓降成適合E-GaN動作的≒6V電壓且提供負電壓關斷,可針對高頻切換所產生noise的地方增加對抗雜訊的能力。波形轉換電路操作理論動作1:當驅動DUT導通瞬間 ,Vcc提供12V驅動,Icharge會通過阻抗較小的R1與暫態時為短路的C1與Z充電.直到Z雪崩崩潰導通時,可以看到右圖Vz的部分有overshoot後,電壓會箝制在6V.這時會開始對C1充電至6V.動作2:此時進入穩態,為綠色的部分.這時電流就會從Rg1來提供Zener穩定的工作電流.動作3:當PWM從High到Low時,也就是零件要關斷時.此時與動作1相同,當暫態電壓產生C1等效為短路.關斷的瞬間電流會從阻抗小R1、C1對地放電動作.此時C1的6V電壓在瞬間掛在Z的原件上,會產生一個undershoot的電壓.動作4:Z導通後,電壓會回到Vf電壓,接近0.7V只要C1放得夠大,存的負能量夠多時.我們可以讓整個off的stage維持很好的負電壓關斷效果,直到下次的PWM由low到high.可調整的線路架構,讓設計更得心應手由上述的動作原理可以了解,利用Ancora專利線路可以讓設計的彈性更大,因應更多的測試狀況來調整線路零件的參數。假設我們要加快turn on與turn off的速度,我們可以調整R1的數值來達成。下圖為R1放不同阻值會造成的波形。我們可以利用調整R1的阻值來決定dv/dt的速度。上圖為R1=1 ohm、20 hom、47 ohm的模擬波形。R1=1 ohm時,他的turn on 速度最快,但是容易會有overshoot的問題。如果真的需要這麼快的速度的操作,要確認不要超過E-GaN的Vgs耐壓。R1=47 ohm時,他的turn on的速度最慢。專利線路,讓客戶無後顧之憂我們可以依照各種設計的情況來調整線路。如果是gate driver IC,他們內建的線路都已經固定。如果要調整,就要增加外部線路,費時又增加cost。且使用Ancora (碇基)GaNFET的客戶,是無需額外支付專利線路的費用,提供專業與穩定的產品是Ancora(碇基)的設計理念。課後測驗
(1)12V。(2)11.3V。(3)6V。(4)以上皆非。 |