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与非网如何激发GaN“潜能”？这里有个方案送给你~


大规模数据中心、企业服务器或电信交换站使得功耗快速增长 ， 因此高效 AC/DC 电源对于电信和数据通信基础设施的发展至关重要 。 但是 ， 电力电子行业中的硅 MOSFET 已达到其理论极限 。 同时 ， 近来氮化镓(GaN)晶体管已成为能够取代硅基 MOSFET 的高性能开关 ， 从而可提高能源转换效率和密度 。 为了发挥 GaN 晶体管的优势 ， 需要一种具有新规格要求的新隔离方案 。
GaN 晶体管的开关速度比硅 MOSFET 要快得多 ， 并可降低开关损耗 ， 原因在于：
栅极电容和输出电容更低 。
较低的漏源极导通电阻(RDS(ON))可实现更高的电流操作 ， 从而降低了传导损耗 。
无需体二极管 ， 因此反向恢复电荷(QRR)低或为零 。
GaN 晶体管支持大多数包含单独功率因数校正(PFC)和 DC-DC 部分的 AC/DC 电源：前端、无电桥 PFC 以及其后的 LLC 谐振转换器（两个电感和一个电容） 。 此拓扑完全依赖于图 1 所示的半桥和全桥电路 。
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图 1. 适合电信和服务器应用的典型 AC/DC 电源 。
如果将数字信号处理器(DSP)作为主控制器 ， 并用 GaN 晶体管替换硅 MOSFET ， 就需要一种新的隔离技术来处理更高的开关频率 。 这主要包括隔离式 GaN 驱动器 。
典型隔离解决方案和要求
UART 通信隔离
从以前的模拟控制系统转变为 DSP 控制系统时 ， 需要将脉宽调制(PWM)信号与其他控制信号隔离开来 。 双通道 ADuM121 可用于 DSP 之间的 UART 通信 。 为了尽量减小隔离所需系统的总体尺寸 ， 进行电路板组装时使用了环氧树脂密封胶 。 小尺寸和高功率密度在 AC/DC 电源的发展过程中至关重要 。 市场需要小封装隔离器产品 。
PFC 部分隔离
与使用 MOS 相比 ， 使用 GaN 时 ， 传输延迟 / 偏斜、负偏压 / 箝位和 ISO 栅极驱动器尺寸非常重要 。 为了使用 GaN 驱动半桥或全桥晶体管 ， PFC 部分可使用单通道驱动器 ADuM3123 ， LLC 部分则使用双通道驱动器 ADuM4223 。
【与非网如何激发GaN“潜能”？这里有个方案送给你~】为隔离栅后的器件供电
ADI 的 isoPower?技术专为跨越隔离栅传输功率而设计 ， ADuM5020 紧凑型芯片解决方案采用该技术 ， 能够使 GaN 晶体管的辅助电源与栅极的辅助电源相匹配 。
隔离要求
为了充分利用 GaN 晶体管 ， 要求隔离栅极驱动器最好具有以下特性：
最大允许栅电压<7 VV
开关节点下 dv/dt>100 kV/ms， CMTI 为 100 kV/μs 至 200 kV/μs
对于 650 V 应用 ， 高低开关延迟匹配≤50 ns
用于关断的负电压箝位(–3 V)
有几种解决方案可同时驱动半桥晶体管的高端和低端 。 关于传统的电平转换高压驱动器有一个传说 ， 就是最简单的单芯片方案仅广泛用于硅基 MOSFET 。 在一些高端产品（例如 ， 服务器电源）中 ， 使用 ADuM4223 双通道隔离驱动器来驱动 MOS ， 以实现紧凑型设计 。 但是采用 GaN 时 ， 电平转换解决方案存在一些缺点 ， 如传输延迟很大 ， 共模瞬变抗扰度(CMTI)有限 ， 用于高开关频率的效果也不是很理想 。 与单通道驱动器相比 ， 双通道隔离驱动器缺少布局灵活性 。 同时 ， 也很难配置负偏压 。 表 1 对这些方法做了比较 。
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表 1. 驱动 GaN 半桥晶体管不同方法的比较
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图 2. 在 isoPower 器件中实现 UART 隔离和 PFC 部分隔离 ， 需要采用 iso 技术及其要求 。
对于 GaN 晶体管 ， 可使用单通道驱动器 。 ADuM3123 是典型的单通道驱动器 ， 可使用齐纳二极管和分立电路提供外部电源来提供负偏压（可选） ， 如图 3 所示 。


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