氮化鎵（GaN）作為一種 III - V 族半導(dǎo)體，近年來在開關(guān)模式電源（SMPS）領(lǐng)域展現(xiàn)出了卓越的性能，正逐漸從小眾產(chǎn)品發(fā)展成為電力電子領(lǐng)域的關(guān)鍵角色。本文將深入闡釋在開關(guān)模式電源中使用氮化鎵開關(guān)所涉及的獨(dú)特考量因素、面臨的挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的解決方案。

　　氮化鎵技術(shù)具有諸多顯著特點(diǎn)，如高介電強(qiáng)度、低開關(guān)損耗以及高功率密度等，這些優(yōu)勢(shì)使得它在眾多應(yīng)用場(chǎng)景中極具吸引力。目前，市場(chǎng)上基于 GaN 技術(shù)的開關(guān)產(chǎn)品日益豐富，但與傳統(tǒng)的 MOSFET 相比，由于其需要采用不同的驅(qū)動(dòng)方式，在應(yīng)用上受到了一定的限制。

　　在開關(guān)模式降壓轉(zhuǎn)換器（降壓技術(shù)）中常用的半橋配置功率級(jí)里，使用 GaN 開關(guān)時(shí)需要特別注意一些關(guān)鍵問題。與硅基開關(guān)不同，GaN 開關(guān)的柵極電壓耐受值通常較低，因此在驅(qū)動(dòng)過程中必須嚴(yán)格遵守柵極電壓限制，以確保開關(guān)的正常工作和可靠性。此外，連接高側(cè)與低側(cè)開關(guān)的開關(guān)節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)生快速切換，這種快速切換可能導(dǎo)致 GaN 開關(guān)意外導(dǎo)通，而這在傳統(tǒng)硅基開關(guān)中并不常見。為了緩解這一問題，可以為上升沿和下降沿設(shè)置獨(dú)立的柵極控制線，從而更好地控制開關(guān)的導(dǎo)通和關(guān)斷過程。再者，在橋式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，GaN 開關(guān)在死區(qū)時(shí)間內(nèi)的線路損耗會(huì)增加，所以在橋式應(yīng)用場(chǎng)景中使用 GaN 開關(guān)時(shí)，應(yīng)盡可能縮短死區(qū)時(shí)間，以實(shí)現(xiàn)理想的性能表現(xiàn)。

　　為了有效滿足 GaN 開關(guān)的特定控制需求，建議使用專用的 GaN 驅(qū)動(dòng)器 IC，如 LT8418。這款驅(qū)動(dòng)器在降壓式開關(guān)穩(wěn)壓器中表現(xiàn)出色，其柵極充電時(shí)驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度可達(dá) 4A，關(guān)斷期間柵極放電強(qiáng)度更是高達(dá) 8A。通過獨(dú)立的充放電控制線，能夠靈活調(diào)整上升與下降時(shí)間，保障電路穩(wěn)定可靠運(yùn)行。在輸入電壓為 48 V、輸出電壓為 12 V、負(fù)載電流為 12 A 的情況下，使用 LT8418 的電路在 1 MHz 的開關(guān)頻率下實(shí)現(xiàn)了約 97% 的轉(zhuǎn)換效率，充分展示了其高效的性能。

　　當(dāng)構(gòu)建使用 GaN 開關(guān)的功率級(jí)時(shí)，電路板布局的優(yōu)化至關(guān)重要?？焖俚拈_關(guān)邊沿與寄生電感相互作用，可能會(huì)產(chǎn)生不良的高電磁輻射。為了盡可能減少這些寄生電感，緊湊的電路設(shè)計(jì)不可或缺。因此，LT8418 橋式驅(qū)動(dòng)器采用了緊湊的晶圓級(jí)芯片尺寸封裝（WLCSP），其尺寸僅為 1.7 mm × 1.7 mm，有助于降低寄生電感，提高電路的性能和穩(wěn)定性。
　　要想快速、高效地體驗(yàn) GaN 開關(guān)的控制過程，的仿真環(huán)境 LTspice 是一個(gè)理想的工具鏈。LTspice 不僅包含 LT8418 GaN 驅(qū)動(dòng)器的全面仿真模型，還配備了完整的外部電路，方便工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)和測(cè)試。通過在 LTspice 中進(jìn)行評(píng)估，可以更好地了解 GaN 開關(guān)在實(shí)際應(yīng)用中的性能和特性，從而優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
　　綜上所述，GaN 開關(guān)憑借在效率與功率密度方面的顯著優(yōu)勢(shì)，在電壓轉(zhuǎn)換、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、D 類音頻放大器等多種應(yīng)用場(chǎng)景中展現(xiàn)出強(qiáng)大的吸引力。隨著 LT8418 等優(yōu)化驅(qū)動(dòng)模塊的相繼問世，控制這項(xiàng)新的電路技術(shù)已變得既簡單又可靠。GaN 開關(guān)為電力電子技術(shù)的發(fā)展帶來了巨大潛力，有望在未來的電源設(shè)計(jì)中發(fā)揮更加重要的作用