用于氮化镓功率器件的栅极驱动光耦合器！-先进光半导体

　　氮化镓（GaN）功率器件比硅功率器件越来越受欢迎，因为其更快的开关能力可以提高整体系统效率并减小尺寸和成本。由于氮化镓产量的增加，技术优势加上成本的降低，增加了其在工业电源和可再生能源逆变器等应用中的采用。

　　栅极驱动光耦合器广泛用于驱动硅基半导体，如IGBT和功率MOSFET。光耦合器用于在控制电路和高压之间提供增强的电流绝缘。抑制高共模噪声的能力将防止在高频开关期间错误驱动功率半导体。本文将讨论GaN的优势、栅极驱动要求、栅极驱动设计、测试和性能。

　　氮化镓是一种由镓和氮组成的宽带隙（3.4 eV）化合物。带隙是指在没有电子存在的材料交界处形成的区域。宽带隙氮化镓具有高击穿电压和低导通电阻。它具有更高的电子速度和更低的寄生电容，从而提高了其开关速度。

　　GaN相对于硅的优势可以概括为3个要点：

　　更小的系统设计

　　降低系统成本

　　更高的系统效率

　　更小和更低的成本是外围元件越来越少的结果。GaN可以在反向导通模式下工作，从而消除了外部续流二极管。它可以在高频下工作，从而产生更小的滤波器和磁性元件，如电感器和变压器。GaN的工作温度比硅低60°C，这将有助于减小散热器的尺寸。

　　更高的效率是更低的开关和传导损耗的结果。GaN具有更高的电子速度和更低的寄生电容，可实现低开关损耗。在相同的击穿电压下，它的尺寸也比硅小，因此导通电阻更低。图3显示了不同类型的GaN及其栅极驱动要求。例如，品牌E生产200V GaN，主要用于低压应用，如12V DC-DC转换器。品牌T生产600V GaN，但是一个常导开关。它需要在级联连接中采用低压硅MOS，以将其变成使用更安全的常关开关。由于采用级联结构，开关速度不能通过调节栅极电阻来控制。这将导致微调EMI（电磁干扰）和开关损耗的复杂性。

　　GaN Systems通过在栅极下方使用P型势垒结构来制造常关开关，以在0V栅极偏置期间耗尽高迁移率电子。由于电子迁移率高，GaN、VTH的阈值相对低于硅MOS或IGBT。输入电容也非常小，小于1nF，只需5nC即可导通。

　　GaN开关速度非常快，使用高开关dv/dt进行设计时应小心。控制从GaN到栅极驱动器的高dv/dt噪声耦合非常重要。

　　否则，要求栅极驱动器必须具有超过100kV/μs的抗噪性，以防止GaN的错误开关。

　　由于松下和氮化镓系统的氮化镓器件通常关闭且易于使用，因此栅极驱动要求与硅MOS非常相似。松下氮化镓具有坚固的栅极，允许12V的高栅极电压，以便快速打开栅极。GaN Systems建议为栅极充电6V。由于所需的栅极电容和栅极电荷很小，因此所需的栅极电流相对较低，小于1.5A。

　　对于松下氮化镓，需要注意的一点是，栅极需要大约10mA的直流保持流才能将其保持在“ON”状态。对于氮化镓系统，需要特别注意确保不超过7V的绝对最大栅极电压。

　　先进光半导体由南方先进联合日本归国华侨杨振林博士团队合资成立，以南方先进为主要投资方、杨博士团队为技术核心的一家专业从事光电器件、光耦合器、光耦继电器等光电集成电路以及光电驱动等产品，研发团队涵盖设计、制造、销售和服务的高新技术企业，先进光半导体拥有先进的光电器件全自动生产线，具有年产8000万只光电光耦器件的生产能力。现阶段先进光半导体的光耦继电器、光耦合器等主要产品用于：蓄电系统．智能电表．自动检测设备．电信设备．测量仪器．医疗设备．通信设备．PC端．安防监控．O/A设备．PLC控制器．I/O控制板等，依托于光半导体综合的设计技术和芯片制造技术优势，先进光半导体期望在有广阔发展前景的光电控制领域深耕，逐步提升产品的技术附加值，扩充技术含量更高的产品线。

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