随着GaN采用加速，行业专家提供三个设计提示

而氮化镓(GaN)曾一度局限于研究领域在2021年,基于GaN的晶体管被​​容易地建立为负载功率分量。事实上，IMS研究预测了GaN半导体市场将超过2021年的10亿美元。

GaN如此受欢迎的主要原因是什么呢?的性能。与硅基fet相比，氮化镓提供了极高的电子迁移率，这意味着比硅基晶体管更小的导通电阻和显著更快的开关速度。

最优布局的GaN与100 V Si MOSFET的48 V到12 V buck变换器的比较。图片由EPC.

然而，设计师不能简单地拿出硅FET，普罗普尔·FET，并期望获得GaN的好处。驱动两个设备确实有所不同，并且真正解锁GaN的潜在工程师必须学习必要的技术。为了获得更多关于如何与GaN设计的洞察力，我们坐在高效电力转换（EPC）的首席执行官Alex Lidow。

重新审视PCB基础知识 - 但是对于GaN

“直到现在，当你设计一个功率电路时，功率晶体管是主要的特性，”Lidow说。“它的电阻、电感和电容都是主要的特性。但有了GaN，我们改变了所有这些，幅度超过了一个数量级。”

这个数量级变化的结果是在PCB级上的电源电路设计中出现了一个全新的焦点。有趣的是，在GaN电路中，主要的特性实际上是PCB本身，主要集中在布局和相关的寄生。

设计提示＃1：检查您的寄生虫

LIDOW的第一个用于切换到GaN的晶体管的设计尖端是要意识到寄生，特别是寄生电感。“我们看到的主要拖延有人们在他们解释道上，人们在他们中制作有很多寄生虫的布局，这使得他们意外响起，”他解释道。

现在MOSFET不再是寄生寄生的主要来源，需要更高的关注和对PCB寄生菌的理解。寄生电感和电容在设计中是不可避免的，但肯定可以减轻。

在EPC提供的参考PCB设计中，该公司说明了如何通过创建最小的电源循环和栅极环来最小化寄生电感。这可以通过利用内部PCB层形成最佳返回路径来实现。

EPC参考布局。图片由EPC.

寄生电容和电感的影响也可以用适当的布局和屏蔽最小化。例如，可以通过在接地和电力平面之间的敏感迹线路由敏感迹线来减轻无意的串扰和耦合。

设计提示#2:当心磁铁

当使用更高频率的设计时，主导特性成为与PCB相关联的磁场。在类似于降压转换器或LLC转换器的高速开关转换器中，这可以通过引入诸如振铃的不需要的效果来显着影响性能。

在这里，Lidow提供了第二条建议:“要多注意你使用的磁性的种类，”他建议。他还指出，设计师应该意识到“你所选择的磁性与你所选择的拓扑、频率和控制器之间的相互作用。”

根据信号咨询，解决EMI和串扰的最有效方法之一是设计一个固体参考平面。图片使用霍华德博士的礼貌Signal Consulting，Inc。

EPC建议，在与多层pcb进行合作时，设计师可能希望创建一个低调的、磁场自抵消回路，以降低磁场的影响。布局是关键，你可以利用这个事实PCB上特定方向的电流会有一个相等且相反的电流通过电源和接地系统返回到它的源。相反的电流将创建取消磁场。通过形成多个小磁场消除环，总磁能 - 并且因此的电感显着降低。

设计技巧#3:温习数字控制

随着GaN，特别是DC-DC转换，它全部关于数字控制，LIDOW解释说。GaN解决方案配对数字控制可以提高效率，同时缩小电路板空间和系统成本 - 特别是对于像游戏一样的高密度计算应用。

研究表明基于gan的转换器往往对死区时间相关的损耗更敏感由于GaN的快速转换和高反向电压降。结果表明，死区时间值的不当选择会抵消它相对于硅溶液的优势。数字控制通常允许更高的时间分辨率和GaN的最佳死区时间管理。

一个多回路两相变换器控制框图的例子，在这种情况下用来调节两个电感到相同的值。图片由EPC.

数字控制还可以使用GaN兼容的栅极驱动器。这些驱动器往往具有高驱动强度，允许快速开关和高侧栅极电压箝位，以实现栅极过电压保护。

新的GaN集成来

2021年GaN的发展轨迹是怎样的?Lidow指出了额外的整合。Lidow评论道:“我们将看到GaN首先实现更高速度和更低成本的东西。该公司预计，飞行时间系统、DC-DC转换、电机驱动和抗辐射ic等技术将在年内实现GaN。

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使用GaN FETs有什么让你惊讶的?对其他设计师有什么建议吗?请在下面的评论中分享你的想法。