Импульсный генератор GaN HEMT (транзистор с высокой подвижностью электронов). Часть 1.
В устройствах компании Wolfspeed GaN на SiC HEMT (транзистор с высокой подвижностью электронов) необходимо внимательно следить за импульсами как на затворе, так и на стоке устройства. Wolfspeed GaN на SiC HEMT являются устройствами, работающими в режиме обеднения, что означает, что на затвор нужно подать отрицательное напряжение (например, -5В), чтобы выключить транзистор. Подача напряжения стока в 0В на затвор приведет к катастрофическому повреждению устройства.
Основная проблема импульса стока – высокий ток на стороне стока и время переключения, которое может быть достигнуто. В данном материале исследуется схема, которая была использована для достижения времени включения 1,9 мкс для мощного устройства (пиковый 20А) с использованием импульсов стока.
2. СХЕМА ИМПУЛЬСА СТОКА
Для подачи напряжения, необходимого на стоке устройства, используется конфигурация переключателя нагрузки, состоящая из двух основных элементов: проходного транзистора и блока управления включение/выключение, что показано на Рис.1.
Самый распространенный проходной транзистор — это MOSFET (либо N-канальный, либо P-канальный), который передает напряжение на определенную нагрузку, когда транзистор включен.
Выбор Р-канала или N-канала для переключателя нагрузки зависит от конкретных потребностей устройства. При выборе Р-канального MOSFET в схеме переключателя нагрузки (как на Рис.1) исток напрямую подключается к напряжению на входе, а сток подключается к нагрузке. Чтобы включить переключатель с Р-каналом напряжение исток-затвор Vg должно быть выше порогового напряжения.
Следовательно:
Vin ≥ Vg + Vth (Формула 1)
Как минимум напряжение на входе должно быть больше, чем пороговое напряжение выбранного проходного транзистора (при условии, что напряжение затвора 0В при включенном переключателе нагрузки).
MOSFET с N-каналом имеет несколько преимуществ перед MOSFET с Р-каналом. Во-первых, транзистор с N-каналом имеет меньшее сопротивление при включении (Rds,on) и меньшую емкость затвора при той же площади кристалла. При использовании N-канального MOSFET в схеме переключателя нагрузки сток напрямую подключается к напряжению на входе, а исток подключается к нагрузке. Напряжение на выходе определяется как напряжение на нагрузке и следовательно:
Vs =Vout (Формула 2)
Чтобы включить N-канальный MOSFET напряжение затвор-исток должно быть больше порогового напряжения устройства. Это означает:
Vg ≥ Vout+Vth (Формула 3)
Чтобы соответствовать Формуле 3, нужна вторая шина напряжения, чтобы контролировать затвор, что показано на Рис.2. Следовательно, шина входного напряжения может рассматриваться независимо от проходного транзистора. Поэтому N-канальный переключатель можно использовать для шин очень низкого напряжении на входе или для шин с более высоким напряжением, тогда как напряжение Vgs между стоком и истоком остается выше, чем пороговое напряжение устройства.
По этой причине P-канальный MOSFET имеет одно серьезное преимущество перед N-канальным MOSFET – это простота управления включением/выключением. N-канальный переключатель требует дополнительной шины напряжения на затвор, а Р-канальный нет.
Когда время переключения (особенно выключения) не является критичным, Р-канальный MOSFET предпочтительнее из-за простоты схемы. В схеме импульса стока, описанной в следующем разделе, в качестве переключающего FET (полевой транзистор) используется Р-канальный MOSFET.
Источник: rfglobalnet.com
