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了解功率型GaN FET的参数(1)

  【2022.11.24.】

  本文介绍了Nexperia的GAN063-650WSA GaN FET器件数据手册的参数。请访问Nexperia.com上的产品信息页面,下载最新版本的完整数据手册。
  器件名称(类型号)显示在数据表的顶部。该名称包含有关该器件的一些重要信息。在下面的GAN063-650WSA的例子中,指定了最大导通电阻和极限漏极-源极电压,以及表示封装、安装底座电气连接和技术产生的字母代码。

图1
  图1. GaN FET命名法  

表1
  表1 引脚信息

  Nexperia GAN063-650WSA采用TO247(SOT429)封装,带有源极安装底座。传统的TO-247 {提供了出色的热传导,因此具有出色的功率处理能力。注意:引脚的功能与标准MOSFET不同:引脚1是栅极,引脚2是源极,引脚3是漏极。

图2
  图2. 传统的引脚分配 图3. Nexperia引脚分配

  使用第2引脚作为源极引脚,可以使电路设计者将栅极回路和功率回路分开。这有利于实现非常简洁的设计,并大大减少或消除交叉耦合。可以利用这一特点对PCB设计进行优化。

  双芯片集成常闭功率开关
  GaN FET的完整图形符号显示在数据手册的引脚信息部分。请注意,该符号包括两个器件:
  • 带有p-n体二极管的低压Si MOSFET
  • 无p-n体二极管的高压GaN FET
  完整的图形符号表明,该器件是一个双芯片集成开关。在功能上,该开关通常是关闭的。在内部,该器件是由两个芯片构建。高压GaN HEMT或FET是常开的,这是用GaN制造的最自然的类型,并与专门为补充GaN HEMT而开发的高性能常关Si MOSFET相结合。这两个芯片被集成在一起,它们之间的电感量绝对是最小的。

图4
  图4. 简化的GaN FET符号

  在只重视基本开关功能的电路原理图中,一个简单的N沟道FET符号被用来表示完整的、集成的开关(见上面红色圈出的Q1)。当你看到这个简单的符号时,要明白它代表了这种两片的集成组合。

  GaN FET的极限值
  极限值表提供了GaN FET允许的工作条件范围。这些条件是根据绝对最大额定值系统(IEC 60134)定义的。无法保证在这些条件之外的操作,因此建议永远不要超过这些值。这样做有可能立即出现器件故障或减少GaN FET的使用寿命。为了计算极限值如何随温度变化而变化,我们提供了计算极限值如何随温度降额曲线变化的方法。。
表2中给出了GAN063-650WSA的极限值表,作为标准极限值表的一个示例。

表2
  表2 极限值
  
表51
  表51 漏极-源极电压VDS

  这个650V的额定值是能让你获得所需产品寿命的最大值。GaN FET没有雪崩击穿机制。Nexperia GaN FET在达到远远超过800V的VDS之前,通常不会出现任何明显的漏电流。因此,在发生过量泄漏之前,VDS有一个额外的余量。如果GaN FET受到足够高的电压,远远超过规定的最大值,那么由于没有钳位机制,就会发生损坏和故障。由于GaN FET没有雪崩击穿机制,因此它们不受宇宙辐射的影响,因此不需要进一步降额。
  • VDS是该器件在关断状态下保证在漏极和源极之间阻断的最大电压。VDS是一个直流额定值
  • VDS不受雪崩击穿的限制;该额定值可应用于整个工作范围,即-55 °C至175 °C,而Si MOSFET的VDS则必须在25 °C以下进行降额

表52
  表52 瞬态漏极-源极电压VTDS

  VTDS是该器件在关断状态下保证在漏极和源极之间阻断的最大重复瞬态电压。该瞬态额定值适用于整个工作温度范围。

图5、图6、图7
  图5. 占空比的定义 图6. VTDS测试电路 图7.VTDS波形图

表53
  表53 栅极源极电压VGS和总功耗Ptot

  VGS:保证器件在栅极和源极之间阻断的最大电压。这是一个直流额定值,并适用于整个工作温度范围。
  Ptot:Ptot是总功耗,是安装底座温度为25°C时器件的最大值。

图8
  图8. 归一化的总功耗与安装底座温度的关系

  功耗的计算方法是,在保持安装底座在25°C的情况下,使器件达到允许的最高结温。

表54
  表5-4 连续和脉冲电流 ID, IDM, IS 和 ISM

  两个电流方向(ID 和 IS)的 25 °C 电流额定值相同。

图54
  图5-4

  任何Tmb下的最大电流都是使Tj增加到最大允许温度(175℃)的电流。

  GaN FET静态特性
  这些是解释GaN FET在正常工作条件下表现的器件参数。

表61
  表61 栅极-源极阈值电压VGS(th)

  GaN FET器件的栅极-源极阈值电压是Si MOSFET的栅极-源极阈值电压。该栅极阈值通常为3.9V,具有负的温度系数。

图9
  图9. GaN FET的栅极-源极阈值电压  

表62
  表62 漏极-源极通态电阻RDSon

图10、图11
  图10. 动态RDSon的测试电路 图11. 动态RDSon波形图

  RDSon是GaN FET的漏极到源极的通态电阻。这对GaN FET来说是一个动态值。当RDSon在导通后立即测量时,在阻断高压之后,这个值会比正常值略高。这是由于器件结构中的临时电荷滞留造成的。Nexperia公司已经对该器件进行了优化,以便将电荷捕获和动态RDSon降到最低。
  从图12中可以看出,RDSon显示为结温的归一函数。

图12
  图12. 归一化的漏极-源极通态电阻与结温的关系

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