选择合适的栅极驱动器

鉴于宽带隙器件的电气特性及其实现的性能，切换到宽带隙技术需要经过深思熟虑和精心挑选配套元件，这会带来与使用硅器件进行设计完全不同的一系列挑战。为了进一步更大限度地减少开关损耗，宽带隙 FET 需要能够对栅极电容快速充电和放电的合适栅极驱动器，因为传统的硅 MOSFET 栅极驱动器可能无法在宽带隙设计中提供适当的电压调节或无法处理高共模电压瞬态。

如图 2 所示，发生开关事件时，开关节点上的电压变化将产生流过驱动器寄生电容的电流。如果驱动器没有足够的共模瞬态抗扰度 (CMTI)，共模电流可能导致栅极驱动器故障，如图 3 所示。

图 2 由开关事件引起的共模电流。

图 3 栅极驱动器 CMTI 故障示例。

为了应对栅极驱动器的挑战和 CMTI 问题，工程师可以使用具有米勒钳位、高 CMTI 等级和可调转换率特性的新栅极驱动器，用于避免击穿或栅极驱动器故障。TI 的 UCC5880-Q1 增强型隔离式栅极驱动器具有高达 20A 的实时可变栅极驱动强度，这一特性可让您提高功率密度、降低系统设计复杂性和成本，同时实现您的安全和性能目标。TI 的 300kW 直流/交流高功率、高性能汽车 SiC 牵引逆变器参考设计展示了如何通过调整不同负载条件下的驱动速度，在效率和文中所述诸多挑战之间达到平衡。

开关速度越快意味着开关损耗越低，但也会导致不必要的电压振铃和共模噪声问题。图 4 展示了具有分立式栅极驱动器的 GaN FET。不仅两个器件本身存在寄生电感，还有连接覆铜的印刷电路板 (PCB) 布线电感。驱动环路上的总电感会减慢 GaN FET V_DS 转换，从而限制 GaN FET 可以减少的开关损耗。这就是为什么 TI GaN FET（如 LMG3526R030）（请参阅图 5）在同一封装中集成了栅极驱动器的原因。集成栅极驱动器后，将不会有 PCB 电感（L_{g_pcb} 和 L_{s_pcb}）。另外，为栅极驱动环路建立了开尔文源极连接（更大限度地减少 L_cs）；因此，TI GaN FET 可以在高瞬态电压下进行开关，从而更大限度地减少开关损耗。

图 4 具有分立式栅极驱动器的 GaN FET 和环路寄生电感。

图 5 LMG3526R030 简化方框图。