GaN晶體管是新功率應(yīng)用的理想選擇。它們具有小尺寸、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 GaN Systems 的 GaN GS61008T 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

GS61008T的特點(diǎn)

這是一種非常先進(jìn)的功率晶體管。它是高電流、高電壓和高開關(guān)頻率應(yīng)用的理想選擇。它的特點(diǎn)是低電感和低熱阻，所有這些都包含在一個(gè)小封裝中。其非常高的開關(guān)效率使其最適合用于極端功率應(yīng)用。最常見的應(yīng)用包括 AC-DC 轉(zhuǎn)換器、工業(yè)電機(jī)、機(jī)器人、牽引、D 類音頻放大器和快速電池充電，即使在無線模式下也是如此。以下是它的一些值得注意的功能：

· 頂部冷卻配置;

· Rds(開)：7 毫歐(0.007 歐姆);

· ID(最大值)：90 A;

· 漏源電壓 (Vds)：100 V;

· 用 0 V 和 6 V 之間的電壓簡單驅(qū)動(dòng)“門”;

· 低電感;

· 結(jié)點(diǎn)工作溫度(Tj)：從-55°C到+150°C;

· 非常高的開關(guān)頻率(> 10 MHz);

· 快速且可控的上升和下降時(shí)間;

· 尺寸為 7.0 x 4.0 毫米;

· 熱阻：0.55°C/W;

· 存在兩個(gè)“門”，以便在 PCB 上進(jìn)行舒適的布置。

Rds(on) 和效率的模擬

我們可以首先分析飽和狀態(tài)下 Rds (on) 的測(cè)量值，進(jìn)而分析功率器件的靜態(tài)效率。。

電路的靜態(tài)工作值如下：

· VCC：100V;

· 負(fù)載電阻：5歐姆;

· Vg：6伏;

· 通過負(fù)載的電流：19.98 A;

Rds (on) 值為 0.0061167 Ohm (6.1 mOhm)。在電路的工作條件下，仿真計(jì)算了器件的靜態(tài)電阻值，確認(rèn)了官方數(shù)據(jù)表上的一般特性。

我們得到GS61008T的效率值：99.8778%。

在這些條件下，GaN 在工作時(shí)幾乎保持低溫，即使漏源結(jié)被 20 安培的電流穿過。事實(shí)上，耗散等于 GS61008T：2.44 瓦。

有趣的是，在電路輸出施加任何類型的負(fù)載時(shí)，靜態(tài)效率都非常高。效率百分比非常高，分析 1 歐姆和 101 歐姆之間的歐姆電阻。電阻值的掃描可以通過 SPICE 指令執(zhí)行：

.step 參數(shù)加載 1 101 2

RDS(on) 對(duì)溫度的依賴性

不幸的是，溫度總是會(huì)影響任何電子元件。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 模型最大限度地減少了這些變化。仿真提供了對(duì) -55° C 和 +150° C 之間溫度的觀察。雖然 DS 結(jié)的電阻值在所有工作條件下并不相同，但電路的效率始終非常高，大于 99.7 %在所有情況下。

GS61008T 的 Ids 與 Vds

一個(gè)非常有趣的模擬特征是突出了在柵極的不同極化下漏極電流相對(duì)于 Vds 電壓的趨勢(shì)。Mosfet 的行為隨著結(jié)溫的變化而發(fā)生極大的變化。下面的例子提供了一個(gè)經(jīng)典電路，例如上面檢查過的電路，其中以下靜態(tài)參數(shù)有所不同：

· 場(chǎng)效應(yīng)管：GS61008T

· Vds：從 0 V 到 20 V 連續(xù);

· Vg：從 2 V 到 6 V，步長為 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。由于我們以 1 V 為步長檢查柵極電壓 Vgs，因此我們將在圖表上觀察到的曲線指的是等于 2 V、3 V、4 V、5 V 和 6 V 的五個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓。SPICE 指令來自因此，在仿真軟件中設(shè)置的電壓發(fā)生器 V1 和 V2 的掃描如下：

.dc V1 0 100 1 v2 2 6 1

此外，還必須提供以下 SPICE 指令來設(shè)置系統(tǒng)溫度，分別為 25°C 和 150°C：

.溫度 25

或者

.溫度 150

試驗(yàn)表達(dá)了一個(gè)基本概念：該組件在較低溫度下工作得更好。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，傳輸中的電流急劇減少，幾乎減半，即使柵極上有不同的電壓值。

結(jié)論

要使用 GaN，強(qiáng)烈建議查閱官方數(shù)據(jù)表，以避免超出制造商規(guī)定的限制并實(shí)現(xiàn)設(shè)備的最大性能?？梢赃M(jìn)行其他模擬示例，例如通過修改“柵極”電壓來控制和測(cè)量“漏極”電流，或電路效率隨溫度的變化。無論如何，必須考慮到，今天，GaN 是極其快速、強(qiáng)大和強(qiáng)大的開關(guān)器件，并且在未來，它們將允許制造性能越來越高的汽車和轉(zhuǎn)換器。