Infineon GaN Driving Circuit

1、Infineon GaN introduction

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2、RC interface analysis

 　　目前，GaN 器件作为开关器件，dV/dt可以做到>=200V/ns,然而Si器件的dV/dt,一般在45V/ns以下。过高的dV/dt对驱动芯片的CMTI要求很高，在驱动芯片选型的时候，需要特别注意这个参数（在另外一篇博文里面分析了由于驱动芯片导致的失败的案例）。

　　Infineon 官方给了一种驱动GaN的电路，该电路在没有外加负电源的时候，使用电荷泵产生负压做到驱动负压关断。分析如下：

　　下图中，

　　　　　　Rss是驱动高电平阶段，驱动电流调节电阻；Iss = (V_DD-V_F)/Rss

　　　　　　Rtr是驱动高低，或者低高切换阶段，开关速度dV/dt的调节电阻；

　　　　　　　　在开关管能实现软开关时，Rtr的选择不是很关键。

　　　　　　　　当导通的时候，电容Cc等效为短路，流过电阻Rtr的最大电流为：I_on,max ~ (V_DD + V_Nf)/Rtr

　　　　　　　　当关断的时候，电容Cc等效为短路，流过电阻Rtr的最大电流为：I_off,max ~ (V_th + V_N)/Rtr

　　　　　　Cc是为了提供负压的偏置。

　　　　　　　　由于驱动需要一直提供负压，所以要求V_N必须一直为正。根据电容电荷守恒原理可以得到：V_N = [Cc*(V_DD - V_F) - Q_geq]/(Cc +Cgs) 

　　　　　　　　　　当开关管是硬开关时，Qgeq ~ Qgs

　　　　　　　　　　当开关管是软开关时，Qgeq ~ Qgs + Qgd

 

 

　　针对上述电路，Infineon官方给出了如下模态分析,四个模态分别为：

• • • 　PWM 从低电平变为高电平
    •     PWM 维持高电平阶段
    •     PWM 从高电平变为低电平
    •     PWM 维持低电平阶段

 

　　个人对Infineon的四个模态分析，存在以下着一些疑问，以dV/dt = 200V/ns为例，Vds从零上升到400V需要2ns的时间。

　　　　从电路的角度，在2ns的时间内，电流在给Rtr，Cc充电的时候，也会流过电阻Rss。

　　　　从计算的角度，如果开关频率是1MHz的情况下，一个开关周期1000ns,2ns，甚至是20ns的时间，流过Rss电阻上的电流较小，分析的意义不大。