導(dǎo)入Cascode結(jié)構(gòu)　GaN FET打造高效率開關(guān)

　　Qoss和Qrr有時容易被混淆。雖然這些參數(shù)是在不同條件下分別測量的，但是存在著一定的重疊，從而掩蓋了GaN Cascode這類技術(shù)的真正優(yōu)勢。反向恢復(fù)電荷Qrr是利用專用半橋電路（亦即雙脈沖測試儀）進(jìn)行測量的：在上臂FET內(nèi)建立其體二極體正向電流，然后打開下臂FET，從而迫使上臂體二極體內(nèi)發(fā)生反向恢復(fù)事件。隨著時間的流逝，測量電流，然后合并總反向傳導(dǎo)區(qū)域，得到電荷測量值Qrr。但是設(shè)想有一個帶有一定電容的理想二極體，然后按下面這種方法進(jìn)行評估：電容放電所需的電流是負(fù)電流，對其進(jìn)行合并并稱之為Qrr，但是它不是真正的反向恢復(fù)電荷（理想二極體沒有反向恢復(fù)電荷），它只是電容電荷。重點(diǎn)在于傳統(tǒng)Qrr測量將真正的Qrr和Qoss混為一談并稱之為Qrr。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)椴煌耐負(fù)鋵φ嬲腝rr較敏感，而對Qoss則不那么敏感。例如，軟開關(guān)拓?fù)淇赡軙oss整合到整個諧振電路中去，讓它變得基本上無損耗。但是與真正的Qrr相關(guān)的二極體復(fù)合時間造成的延遲和反向電流會產(chǎn)生功率損耗。結(jié)論就是，單看資料手冊中的參數(shù)或簡單的指標(biāo)無法知悉全部情況。每款元件都須要仔細(xì)評估，進(jìn)而了解其應(yīng)用電路的真正損耗。

　　閘電荷是另一個GaN Cascode優(yōu)于替代矽FET的參數(shù)。再一次通過比較相同條件下的Rds（on）×Qg規(guī)范化為Rds（on），GaN Cascode的閘電荷低了八倍。由于每個開關(guān)周期閘電荷在充電和放電期間都會被閘極驅(qū)動電路全部耗盡，所以Qg降低會直接降低閘極驅(qū)動電路的損耗，進(jìn)而提升總效率，特別是在高頻下。

　　GaN FET優(yōu)勢多商用可期

　　電力電子常用的拓?fù)潆S著半導(dǎo)體的發(fā)展而不斷變化。GaN實(shí)現(xiàn)了那些需要低Rds（on）和出色的體二極體行為的拓?fù)洌瑥亩鴮?yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到傳統(tǒng)FET無法充分發(fā)揮作用的領(lǐng)域，例如無橋升壓PFC和相移全橋轉(zhuǎn)換器之類的高頻、高效拓?fù)?，甚至電機(jī)驅(qū)動應(yīng)用也能受益，盡管它們的開關(guān)頻率通常較低。GaN Cascode FET的傳導(dǎo)損耗低于IGBT，特別是在輕負(fù)載下，適于壓縮機(jī)和大多數(shù)時間在10？20%負(fù)載下運(yùn)行的其他應(yīng)用。GaN還可以在同步整流器模式下運(yùn)行，從而降低二極體傳導(dǎo)損耗（與IGBT相比）。此外，相比于任何矽FET，即使是快速恢復(fù)外延二極體場效應(yīng)電晶體（FREDFET），GaN Cascode的反向恢復(fù)特性也較出色，從而縮短硬開關(guān)條件下的轉(zhuǎn)換時間，無須增加傳導(dǎo)電磁干擾（EMI）即可降低開關(guān)損耗。

　　歸根究底，體二極體行為限制所有600V開關(guān)選項(xiàng)的性能，因?yàn)橥ǔｍ氃陂_關(guān)速度以及反向恢復(fù)的di/dt與dv/dt特性造成的EMI之間進(jìn)行折中；換言之，必須降低矽FET的速度（這將提高開關(guān)損耗）方能消除傳導(dǎo)EMI。第一代GaN FET現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，與當(dāng)今最好的矽FET相比其有了明顯改善。