GaN晶體管是新電源應(yīng)用的理想選擇。它們具有較小的尺寸，非常高的運(yùn)行速度并且非常高效。它們可用于輕松構(gòu)建任何電力項(xiàng)目。在本教程中，我們將使用EPC的GaN EPC2032進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

EPC2032的特性

EPC2032 eGaN的供貨形式為帶有用于焊接的突起（參見(jiàn)圖1）。它的尺寸很小。以下是其一些值得注意的功能：

• Rds（on）：4毫歐（0.004歐姆）；
• Ids（max）：48 A;
• 漏源電壓（Vds）：100 V;
• Vgs：6 V；
• 結(jié)工作溫度（Tj）：-40°C至+ 150°C;
• 很高的開(kāi)關(guān)頻率；
• 尺寸為4.6 x 2.6毫米;
• 熱阻：0.45°C / W。

圖1 EPC2032 GaN

模擬Rds（on）和效率

我們可以首先分析飽和狀態(tài)下的Rds（on）的測(cè)量結(jié)果，然后分析功率器件的靜態(tài)效率。應(yīng)用圖如圖2所示。

圖2：GaN靜態(tài)測(cè)試的接線(xiàn)圖

電路的靜態(tài)工作值如下：

• Vcc：100 V；
• 負(fù)載電阻：5歐姆；
• Vg：6 V；
• 負(fù)載電流：19.98 A；

Rds（on）值為EPC2032：0.00285307歐姆（2.8毫歐）。在電路的工作條件下，仿真計(jì)算了器件的靜態(tài)電阻值，從而確認(rèn)了官方數(shù)據(jù)表中的一般功能。

我們獲得EPC2032的效率值：99.935％。

在這些條件下，即使漏極源結(jié)被20安培的電流交叉，GaN仍在工作時(shí)實(shí)際上保持低溫。實(shí)際上，功耗等于EPC2032：1.29瓦。

有趣的是，在將任何類(lèi)型的負(fù)載施加到電路輸出端時(shí)，其靜態(tài)效率都很高。分析1歐姆至101歐姆之間的歐姆電阻，效率百分比非常高。電阻值的掃描可以通過(guò)SPICE指令執(zhí)行：

.step參數(shù)加載1101 2

RDS（on）對(duì)溫度的依賴(lài)性

不幸的是，溫度始終會(huì)影響任何電子組件。隨著溫度的變化，GaN的工作條件也會(huì)發(fā)生變化。幸運(yùn)的是，所檢查的GaN模型使這些變化最小。通過(guò)仿真可以觀察到-55°C至+ 150°C之間的溫度。盡管在所有工作條件下DS結(jié)的電阻值都不相同，但電路的效率始終很高，大于99.7％在所有情況下。

圖3：Rds（on）與溫度的關(guān)系

EPC2032 MOSFET的Ids vs.Vds

一個(gè)非常有趣的模擬功能突出顯示了柵極不同極化時(shí)漏極電流相對(duì)于Vds電壓的趨勢(shì)。Mosfet的行為會(huì)隨著結(jié)溫的變化而極大地變化。下面的示例提供了一個(gè)典型的電路，例如上述電路，其中以下靜態(tài)參數(shù)有所不同：

Mosfet：EPC2032

• Vds：從0 V到3 V連續(xù)；
• Vg：2 V至6 V，步長(zhǎng)為1 V；
• 結(jié)溫：25 V和150 V.

請(qǐng)記住，要改變Vds，可以使電源電壓V1多樣化或修改負(fù)載R1的電阻值。由于我們正在以1 V的步長(zhǎng)檢查柵極電壓Vgs，因此我們將在曲線(xiàn)圖上觀察到的曲線(xiàn)是指等于2 V，3 V，4 V，5 V和6 V的五個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓。SPICE指令從在仿真軟件中進(jìn)行設(shè)置，因此提供了對(duì)電壓發(fā)生器V1和V2的掃描，如下所示：

.dc V1 0 100 1 v2 2 6 1

此外，還必須提供以下SPICE指令來(lái)分別將系統(tǒng)溫度設(shè)置為25°C和150°C：

.temp 25

或者

.temp 150

通過(guò)執(zhí)行DC仿真，該軟件將產(chǎn)生圖4所示的圖形。

圖表非常清晰，表達(dá)了一個(gè)基本概念：該組件在較低的溫度下效果更好。25°C的結(jié)溫可實(shí)現(xiàn)出色的性能和非常高的效率。在150°C的極限溫度下，即使柵極上的電壓值不同，傳輸電流也會(huì)大大降低，實(shí)際上將其值減半。

圖4：EPC2032 GaN MOSFET的特性曲線(xiàn)

結(jié)論

為了使用GaN，強(qiáng)烈建議查閱官方數(shù)據(jù)手冊(cè)，以避免超出制造商的限制并從設(shè)備中獲得最佳性能。可以進(jìn)行其他仿真示例，例如通過(guò)修改“門(mén)”電壓來(lái)控制和測(cè)量“漏極”電流，或者電路效率相對(duì)于溫度的變化。無(wú)論如何，必須考慮到，如今的GaN是極其快速，堅(jiān)固且功能強(qiáng)大的開(kāi)關(guān)器件，將來(lái)它們將能夠制造性能越來(lái)越高的汽車(chē)和轉(zhuǎn)換器。

編輯：hfy