Der Blätterkatalog benötigt Javascript.
Bitte aktivieren Sie Javascript in Ihren Browser-Einstellungen.
The Blätterkatalog requires Javascript.
Please activate Javascript in your browser settings.
DESIGN ELEKTRONIK 04 2022 34 www designelektronik de Halbleiter | Galliumnitrid-Transistoren Bias-Versorgung angewiesen um den GaN-FET nicht zu überlasten Die in Bild 2 gezeigte Kaskode mit einem GaN-FET vom Verarmungstyp rechts stellt gegenüber GaN-FETs vom Anreicherungstyp links einen Kompromiss bezüglich der Anwenderfreundlichkeit dar Der GaN-FET in der Kaskode ist hier vom Verarmungstyp weshalb er selbstleitend normally on ist und zum Abschalten eine negative Spannung am Gate benötigt Da dies für einen Leistungsschalter äußerst problematisch ist schalten die meisten Hersteller einen Silizium-MOSFET mit 30 V Nennspannung mit dem GaN-FET in Reihe und bauen diese Kombination in ein gemeinsames Gehäuse ein Das Gate des GaN-FET ist hier mit der Source-Elektrode des Silizium-MOSFET verbunden und die Einund Ausschaltimpulse werden an das Gate des Silizium-MOSFET gerichtet Der größte Vorteil dieser Vorgehensweise ist dass traditionelle isolierte Gate-Treiber wie der UCC5350-Q1 den Silizium-MOSFET ansteuern können wodurch viele Herausforderungen bezüglich Gate-Ansteuerung und Bias-Versorgung entfallen Die größten Nachteile von Kaskoden-GaN-FETs sind allerdings die höhere Ausgangskapazität im Silizium-MOSFET und die aus der Präsenz einer Body-Diode im MOSFET resultierende Neigung zu einem Sperrverzögerungsverhalten Im Einzelnen bedeutet dies dass sich die Ausgangskapazität des Silizium-MOS-FET zu der des GaN-FET addiert Hierdurch nimmt die Ausgangskapazität insgesamt um 20 Prozent zu wodurch die Schaltver - luste gegenüber anderen GaN-Lösungen um mehr als 20 Prozent ansteigen Hinzu kommt dass die Body-Diode des Silizium-MOSFET während der Sperrverzögerungszeit einen Strom leitet wenn die angelegte Spannung ihre Polarität wechselt Kaskoden-GaN-FETs werden mit Anstiegsraten von 70 Vns betrieben ver - glichen mit 150 Vns bei anderen GaN-Lösungen um Lawinendurchbrüche des Silizium-MOSFET zu verhindern Hierdurch nehmen die Verluste beim Überlappen der Schaltvorgänge zu Somit bleibt festzustellen dass das Design mit Kaskoden-GaN-FETs eindeutig einfacher ist während der erzielbaren Leistungsfähigkeit im Gegenzug klare Grenzen gesetzt sind Integration vereinfacht die Lösung Durch die Integration eines Gate-Treibers mit eingebauter Regelung der Bias-Spannung und eines GaN-FET vom Verarmungstyp lassen sich viele Designherausforderungen überwinden die mit GaN-FETs vom Anreicherungstyp und GaN-Kaskoden einhergehen Zum Beispiel verfügt der LMG3522R030-Q1 ein 650-V-GaN-Baustein mit einem Einschaltwiderstand von 30 mΩ über einen integrierten Gate-Trei - ber und Power-Management-Funktionen Dadurch lassen sich Leistungsdichte und Wirkungsgrad anheben und gleichzeitig die Risiken und der technische Aufwand reduzieren Da in diesem Fall ein GaN-FET vom Verarmungstyp eingesetzt wird ist ein integrierter Silizium-MOSFET in Reihe geschaltet – allerdings nicht als Kaskode Der große Unterschied besteht darin dass der integrierte Gate-Treiber das Gate des GaN-FET direkt ansteuern kann Bild 3 Vereinfachtes Schaltbild einer GaN-Halbbrücke mit dem Übertrager-Treiber UCC25800-Q1 und zwei GaN-FETs vom Typ LMG3522R030-Q1 Bild Tex as In st ru m en ts Bild 1 Querschnitt durch die laterale Struktur eines GaN-FET Bild Tex as In st ru m en ts Bild 2 Schaltzeichen für GaN-FETs vom Anreicherungslinks und einer Kaskode mit einem GaN-FET vom Verarmungstyp rechts Bild Tex as In st ru m en ts