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)建任何電力項目。在本教程中，我們將使用 GaN Systems 的 GaN GS61008T 進(jìn)行實(shí)驗。

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“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間;

· 尺寸為 7.0 x 4.0 毫米;

· 熱阻：0.55°C/W;

· 存在兩個“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，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) 對溫度的依賴性

不幸的是，溫度總是會影響任何電子元件。隨著溫度的變化，GaN 的工作條件也會發(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 -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于 Vds 電壓的趨勢。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 的五個驅(qū)動電壓。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

試驗表達(dá)了一個基本概念：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。