上篇推文我們講到了氮化鎵GaN是什么，那么今天這篇文章我們將跟大家分享GaN如何提高效率！
功率晶體管是造成開(kāi)關(guān)電源功率損耗的主要因素之一。晶體管損耗通常分為兩類(lèi)；傳導(dǎo)損耗和開(kāi)關(guān)損耗。傳導(dǎo)損耗是指晶體管接通電流時(shí)引起的損耗，而開(kāi)關(guān)損耗則是在開(kāi)關(guān)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)發(fā)生的損耗。
打開(kāi)之后的GaN晶體管（和硅晶體管一樣）就像是設(shè)在漏源之間的電阻，通常表示為Ron，傳導(dǎo)損耗與此電阻成比例。GaN和其他WBG材料的主要優(yōu)勢(shì)是它們?cè)趽舸╇妷汉蚏on之間的關(guān)系。圖1顯示了硅、GaN和碳化硅(SiC，另外一種WBG材料)的這種關(guān)系的理論限值。可以看出，達(dá)到給定的擊穿電壓時(shí)，WBG設(shè)備的Ron遠(yuǎn)低于硅，GaN是三者當(dāng)中最低的。由于硅即將達(dá)到理論限值，要繼續(xù)提高Ron，就需要使用GaN和其他WBG材料。
圖1：Si、GaN和SiC晶體管的Ron相對(duì)于擊穿電壓的理論限值
除了改善傳導(dǎo)損耗之外，使用GaN還可以減少開(kāi)關(guān)損耗。多種因素都會(huì)引發(fā)開(kāi)關(guān)損耗，其中有幾種可以通過(guò)使用GaN加以改善。一種損耗機(jī)制是由于晶體管中的電流在漏源電壓開(kāi)始下降之前就開(kāi)始流動(dòng)，如圖2所示。在此期間，損耗（等于電壓電流乘積）非常大。提高開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的速度將降低轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生的損耗。GaN晶體管可以比硅晶體管更快開(kāi)啟，所以能夠降低這種轉(zhuǎn)換造成的損耗。
圖2：開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換期間的漏電壓和電流波形
GaN降低開(kāi)關(guān)損耗的另一種方法是不使用體二極管。為避免發(fā)生短路情況，半橋的兩個(gè)開(kāi)關(guān)均斷開(kāi)時(shí)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)時(shí)間段，稱(chēng)為“死區(qū)時(shí)間”。在此期間，電流繼續(xù)流動(dòng)，但是由于兩個(gè)開(kāi)關(guān)均已關(guān)閉，所以會(huì)迫使電流通過(guò)體二極管。體二極管開(kāi)啟后的效率比硅晶體管的Ron電阻低得多。GaN晶體管沒(méi)有體二極管。原本流經(jīng)硅晶體管體二極管的電流反而會(huì)流經(jīng)Ron電阻。這顯著降低了死區(qū)時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的損耗。
由于硅晶體管的體二極管在死區(qū)時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通，因此必須在打開(kāi)另一個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)將其關(guān)閉。在此期間，電流會(huì)在二極管關(guān)閉后反向流動(dòng)，從而增加損耗。GaN晶體管中不存在體二極管，所以反向恢復(fù)損耗接近零。
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