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GaN如何提高效率？

文章來源：深圳市褀晨科技有限公司瀏覽量：304 發(fā)布時間：2023-06-13 08:50:22

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關電源功率損耗的主要因素之一。晶體管損耗通常分為兩類；傳導損耗和開關損耗。傳導損耗是指晶體管接通電流時引起的損耗，而開關損耗則是在開關狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時發(fā)生的損耗。

打開之后的GaN晶體管（和硅晶體管一樣）就像是設在漏源之間的電阻，通常表示為Ron，傳導損耗與此電阻成比例。GaN和其他WBG材料的主要優(yōu)勢是它們在擊穿電壓和Ron之間的關系。圖1顯示了硅、GaN和碳化硅(SiC，另外一種WBG材料)的這種關系的理論限值?？梢钥闯觯_到給定的擊穿電壓時，WBG設備的Ron遠低于硅，GaN是三者當中最低的。由于硅即將達到理論限值，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相對于擊穿電壓的理論限值

除了改善傳導損耗之外，使用GaN還可以減少開關損耗。多種因素都會引發(fā)開關損耗，其中有幾種可以通過使用GaN加以改善。一種損耗機制是由于晶體管中的電流在漏源電壓開始下降之前就開始流動，如圖2所示。在此期間，損耗（等于電壓電流乘積）非常大。提高開關開啟的速度將降低轉(zhuǎn)換期間產(chǎn)生的損耗。GaN晶體管可以比硅晶體管更快開啟，所以能夠降低這種轉(zhuǎn)換造成的損耗。

圖2：開關轉(zhuǎn)換期間的漏電壓和電流波形

GaN降低開關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，半橋的兩個開關均斷開時會出現(xiàn)一個時間段，稱為“死區(qū)時間”。在此期間，電流繼續(xù)流動，但是由于兩個開關均已關閉，所以會迫使電流通過體二極管。體二極管開啟后的效率比硅晶體管的Ron電阻低得多。GaN晶體管沒有體二極管。原本流經(jīng)硅晶體管體二極管的電流反而會流經(jīng)Ron電阻。這顯著降低了死區(qū)時間內(nèi)產(chǎn)生的損耗。

由于硅晶體管的體二極管在死區(qū)時間內(nèi)導通，因此必須在打開另一個開關時將其關閉。在此期間，電流會在二極管關閉后反向流動，從而增加損耗。GaN晶體管中不存在體二極管，所以反向恢復損耗接近零。