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0 8 2025 Elektronik 13 PCIM LeIstungseLektronIk dabei typischerweise zwischen 7 und 10 Voder sogar noch höher Dies stellt eine Herausforderung für GaN-FETs dar da ihre maximale Gate-Spannung normalerweise nur 6 Vbeträgt Überschwingen Ringing die durch parasitäre Induktivitäten in den Gateund Source-Leitungen auf der Leiterplatte entstehen und die maximale Gate-Spannung übersteigen können zu Bauteilausfällen führen Für eine sichere und effiziente Ansteuerung eines GaN-FET-Leistungsschalters ist ein durchdachtes Leiterplattenlayout erforderlich das darauf abzielt die Induktivitäten in den Gateund Source-Rückleitungen zu minimieren Neben einem optimierten Layout ist die Implementierung geeigneter Schutzmaßnahmen auf Komponentenebene entscheidend um schädliche Überspannungen an den Gates zu verhindern Der LT8390A verfügt über einen 5-V-Gate-Treiber der speziell für FETs mit niedriger Gate-Spannung entwickelt wurde und sich daher ideal für GaN-FETs eignet Ein Problem bei Silizium-FET-Treibern ist jedoch dass ein Schutz gegen versehentliche Überspannungen fehlt Insbesondere ist die Bootstrap-Versorgung für die oberen FETs bei Silizium-Gate-Treibern oft unreguliert sodass die Spannung des oberen Gate-Treibers leicht die maximal zulässige Spannung eines GaN-FETs überschreiten kann Bild 2 zeigt wie dieses Problem angegangen werden kann Eine 5 1-V-Zener-Diode D5 und D6 wird parallel zum Bootstrap-Kondensator geschaltet um die Spannung auf den empfohlenen Treiber pegel des GaN-FETs zu begrenzen Dies stellt sicher dass die Gate-Spannung innerhalb des sicheren Betriebsbereichs bleibt Zusätzlich wird die Schaltung um einen in Reihe mit den Bootstrap-Dioden D3 und D4 geschalteten 10-Ω-Widerstand ergänzt um mögliches Ringing zu reduzieren das durch den sehr schnellen Schaltvorgang verursacht werden könnte Herausforderungen mit der Totzeit und der Body-Dioden Traditionelle Wandler enthalten eine Freilaufdiode die während der Ausschaltzeit den Strom leitet Bei synchronen Wandlern wird diese Diode durch einen zusätzlichen Schalter ersetzt um die Vorwärtsleitungsverluste zu verringern Allerdings kann es problematisch werden wenn der obere und der untere Schalter gleichzeitig leitend sind da dies zu einem Shoot Through führt Bei einem Shoot Through können beide FETs gleichzeitig leiten was praktisch zu einem Kurzschluss gegen Masse führt und schwerwiegende Schäden an den Bauteilen sowie weitere Probleme verursachen kann Um dies zu verhindern setzen Controller eine Totzeit ein – einen kurzen Zeitraum in dem weder der obere noch der untere Schalter leitend ist Typische synchrone DC DC-Controller arbeiten mit Totzeiten von bis zu 60 ns Diese Totzeit ist bei Silizium-MOSFETs meist kein Problem da ihre Body-Diode während dieser Zeit den Stromfluss übernimmt Bild 2 Vereinfachte Blockschaltung eines Vier-Schalter-Buck Boost-GaN-Controllers mit GaN-Schutzbauteilen Bild Analog Devices Effiziente Kühllösungen für industrielle Elektronikanwendungen TALK TO US @ Nürnberg 06 –08 05 25 Halle 6 Stand 321 www ctx eu