原標(biāo)題：氮化鎵晶體管的并聯(lián)配置應(yīng)用

氮化鎵（GaN）晶體管的并聯(lián)配置應(yīng)用在大功率變換器設(shè)計中具有重要意義。以下是對氮化鎵晶體管并聯(lián)配置應(yīng)用的詳細(xì)分析：

一、氮化鎵晶體管并聯(lián)配置的背景與意義

在功率變換器應(yīng)用中，寬帶隙（WBG）技術(shù)日益成為傳統(tǒng)硅晶體管的替代產(chǎn)品。氮化鎵晶體管作為寬帶隙半導(dǎo)體技術(shù)的代表，具有優(yōu)異的電學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，適用于高功率、高頻率的應(yīng)用場景。然而，與硅器件相類似，單只氮化鎵晶體管的電流處理能力仍有局限。為了增大輸出功率，并聯(lián)配置晶體管已成為設(shè)計工程師可以考慮的選項(xiàng)之一。

二、氮化鎵晶體管并聯(lián)配置的關(guān)鍵要素

1. 通態(tài)電阻（RDS(on)）的匹配：

• 理想情況下，并聯(lián)晶體管的RDS(on)應(yīng)嚴(yán)格匹配，以確保靜態(tài)電流在并聯(lián)晶體管之間平均分配。

• RDS(on)的差異可能會導(dǎo)致并聯(lián)晶體管之間的電流不平衡，進(jìn)而影響整體性能和可靠性。

2. 柵極驅(qū)動電路的設(shè)計：

• 氮化鎵晶體管的柵極驅(qū)動電路與傳統(tǒng)硅晶體管有所不同，需要考慮到其高速開關(guān)特性和低閾值電壓。

• 例如，英飛凌科技的CoolGaN晶體管采用了柵極p型摻雜工藝，形成了一個正向電壓約為3.0V（或3.5V，具體值可能因產(chǎn)品而異）的pn二極管，并與柵極電容CG并聯(lián)。這導(dǎo)致柵極電壓被鉗位到其正向?qū)妷海╒F），因此需要一個負(fù)電壓來正確地關(guān)斷晶體管。

• 柵極驅(qū)動電路的設(shè)計需要確保在硬開關(guān)應(yīng)用中能夠可靠地關(guān)斷晶體管，同時避免誤導(dǎo)通和電壓振蕩。

3. PCB布局與布線：

• 在并聯(lián)配置時，PCB寄生電感和寄生電容可能會對晶體管開關(guān)運(yùn)行產(chǎn)生影響。

• 因此，需要遵循良好的PCB布局和布線規(guī)則，確保柵極驅(qū)動環(huán)路和電源環(huán)路保持較小且對稱，同時降低開關(guān)節(jié)點(diǎn)的寄生電容。

三、氮化鎵晶體管并聯(lián)配置的挑戰(zhàn)與解決方案

1. 共享驅(qū)動電流路徑問題：

• 盡管每個并聯(lián)晶體管都有單獨(dú)的驅(qū)動電路，但柵極驅(qū)動器環(huán)路中仍然存在部分共享路徑。

• 這會導(dǎo)致并聯(lián)晶體管之間的柵極電壓差異，進(jìn)而產(chǎn)生不平衡的源極電流分流和電壓振蕩。

• 解決方案是在開爾文源極路徑中引入高阻抗共模電感（CM電感），以抑制共享驅(qū)動電流路徑問題。

2. 器件選型與匹配：

• 并聯(lián)晶體管的選型需要考慮到其RDS(on)、柵極閾值電壓等參數(shù)的一致性。

• 通過嚴(yán)格篩選和匹配器件，可以減小并聯(lián)晶體管之間的性能差異，提高整體性能和可靠性。

四、氮化鎵晶體管并聯(lián)配置的應(yīng)用實(shí)例

英飛凌開發(fā)了并聯(lián)半橋評估板，其中應(yīng)用了四個70mΩ的CoolGaN晶體管。該評估板遵循了上述設(shè)計準(zhǔn)則，提供了大量的測試點(diǎn)，可用于降壓或升壓電路測試、雙脈沖測試以及脈沖寬度調(diào)制（PWM）運(yùn)行。通過連接外置電感，該評估板還可以在數(shù)千瓦功率等級或高開關(guān)頻率至1MHz的軟開關(guān)和硬開關(guān)應(yīng)用中進(jìn)行測試。

綜上所述，氮化鎵晶體管的并聯(lián)配置應(yīng)用需要考慮到通態(tài)電阻的匹配、柵極驅(qū)動電路的設(shè)計以及PCB布局與布線等因素。通過解決共享驅(qū)動電流路徑問題和器件選型與匹配等挑戰(zhàn)，可以實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性的并聯(lián)配置應(yīng)用。