Dalam aplikasi listrik, perangkat gallium nitrida (GaN) memiliki kinerja dan efisiensi yang signifikan keuntungan dibandingkan perangkat MOSFET silikon tradisional.Perangkat gallium nitride dapat memenuhi kebutuhan berbagai industri, dengan kepadatan yang lebih tinggi, kecepatan switching yang lebih cepat, dan efisiensi energi yang lebih tinggi.
Dari pengisi daya USB-C kompak dan pengisi daya mobil elektronik untuk aplikasi surya dan pusat data, desainer bersemangat untuk memanfaatkan teknologi semikonduktor GaN untuk menciptakan yang lebih kecil, lebih ringan,dan produk pendingin yang lebih baik.
Mengingat kecepatan beralih cepat perangkat GaN, desainer akan menghadapi banyak tantangan, termasuk induktansi parasit, persyaratan kontrol gerbang yang lebih tepat, arus kebocoran gerbang,dan penurunan tegangan konduksi terbalik.
Sebuah pengontrol GaN khusus adalah pilihan ideal untuk merancang aplikasi berbasis GaN tertentu.Desainer dapat menggunakan pengemudi GaN FET khusus sederhana, seperti driver GaN setengah jembatan LT8418 100V dengan switch bootstrap cerdas terintegrasi (Gambar 1).
Gambar 1: driver GaN setengah jembatan LT8418 khusus ADI (sumber gambar: Analog Devices, Inc.)
Perangkat ini menggunakan driver gerbang terpisah untuk mengontrol dengan tepat tingkat kematian GaN FET selama periode on dan off, sehingga menekan dering dan meningkatkan kinerja EMI.Perangkat ini juga menggunakan wafer level chip level packaging (WLCSP) untuk meminimalkan induktansi parasit.
Selain itu, pengendali yang lebih kompleks dapat dipilih, seperti pengendali regulator switch DC/DC dual buck berkinerja tinggi LTC7890 dan LTC7891 (Gambar 2) untuk GaN FET.
Gambar 2: Performa tinggi ADI LTC7891 DC/DC switch regulator controller yang cocok untuk GaN FET (sumber gambar: Analog Devices, Inc.)
Tidak seperti solusi MOSFET silikon, perangkat LTC7890/LTC7891 tidak memerlukan dioda pelindung atau komponen eksternal lainnya.Tegangan gerak gerbang dari perangkat ini dapat diatur dengan tepat antara 4 V dan 5 V.5 V untuk mengoptimalkan kinerja dan mendukung penggunaan GaN FET atau MOSFET tingkat logika lainnya.
Ketika pengontrol silikon adalah satu-satunya pilihan
Saat ini tidak ada pengontrol GaN khusus untuk komponen kunci seperti pengontrol boost buck 4-switch.insinyur mungkin dapat menggunakan pengontrol yang awalnya dirancang untuk MOSFET untuk mengemudi GaN FETJika pengontrol untuk perangkat silikon digunakan secara langsung dalam aplikasi GaN, ekstra hati-hati harus diambil ketika memilih komponen dan merancang papan sirkuit,dan sirkuit lain juga mungkin diperlukan.
Dalam konverter daya tinggi, tegangan keluaran penggerak gerbang tradisional biasanya lebih tinggi dari 5 V, biasanya antara 7 V dan 10 V, dan kadang-kadang bahkan lebih tinggi.dapat menyebabkan masalah karena tegangan gerbang nominal maksimum GaN FET biasanya hanya 6VBahkan jika batas ini secara singkat melebihi karena lonjakan tegangan atau dering yang disebabkan oleh induktansi yang sesat pada PCB, hal itu dapat merusak perangkat GaN secara permanen.
Untuk menghindari masalah ini, desainer harus memilih pengontrol dengan benar dan memantau tata letak PCB dengan cermat, terutama di sekitar gerbang dan jalur kembali sumber,untuk menjaga induktansi rendah sebanyak mungkin dan mengurangi tegangan berlebihan yang tidak perlu.
Banyak driver MOSFET menggunakan driver gerbang silikon yang tidak diatur, tetapi tegangan mereka dapat melayang di atas tegangan maksimum mutlak GaN FET.Pertimbangan harus diberikan untuk mengelola tegangan drive gerbang, mengatur pasokan daya bootstrap, dan mengoptimalkan waktu mati.
Perangkat penguat buck 4-switch harus menggunakan pengontrol gerbang 5V untuk mencegah tegangan berlebihan yang tidak terduga di GaN FET.Hal ini juga penting untuk memperkenalkan komponen pelindung seperti sirkuit penjepit atau limiter tegangan gerbang untuk melindungi gerbang dari overvoltage tidak sengaja.
Dengan menggunakan dioda Zener 5.1V secara paralel dengan kapasitor bootstrap, LT8390A dari ADI dapat digunakan sebagai pengontrol gerbang 5V (Gambar 3).sehingga perangkat selalu dalam rentang operasi yang amanUntuk memberikan perlindungan yang lebih besar, resistor 10 Ω dapat dihubungkan secara berurutan dengan sirkuit bootstrap untuk mengurangi fenomena dering yang mungkin disebabkan oleh node switching daya tinggi yang sangat cepat.