智能GaN降壓控制器設(shè)計(jì)——第2部分：配置和優(yōu)化

發(fā)布時(shí)間：2026-01-28 責(zé)任編輯：lina

【導(dǎo)讀】在高效能電源設(shè)計(jì)中，死區(qū)時(shí)間的精準(zhǔn)控制是平衡效率與可靠性的關(guān)鍵。傳統(tǒng)方案依賴固定的控制器延遲或繁瑣的外部調(diào)整，不僅調(diào)試耗時(shí)，更難以適配不同GaN FET的動(dòng)態(tài)特性，潛藏著過驅(qū)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。本文將深入智能GaN降壓控制器設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，聚焦于其先進(jìn)的配置與優(yōu)化策略。通過闡述如何精確測(cè)量并協(xié)同優(yōu)化導(dǎo)通/關(guān)斷擺率與延遲，我們旨在幫助工程師突破傳統(tǒng)局限，在提升系統(tǒng)功率密度的同時(shí)，最大化能效并堅(jiān)固開關(guān)元件的安全邊界。

摘要

在高效能電源設(shè)計(jì)中，死區(qū)時(shí)間的精準(zhǔn)控制是平衡效率與可靠性的關(guān)鍵。傳統(tǒng)方案依賴固定的控制器延遲或繁瑣的外部調(diào)整，不僅調(diào)試耗時(shí)，更難以適配不同GaN FET的動(dòng)態(tài)特性，潛藏著過驅(qū)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。本文將深入智能GaN降壓控制器設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)，聚焦于其先進(jìn)的配置與優(yōu)化策略。通過闡述如何精確測(cè)量并協(xié)同優(yōu)化導(dǎo)通/關(guān)斷擺率與延遲，我們旨在幫助工程師突破傳統(tǒng)局限，在提升系統(tǒng)功率密度的同時(shí)，最大化能效并堅(jiān)固開關(guān)元件的安全邊界。

引言

本系列文章的第一部分討論了理解開關(guān)電源底層物理原理的重要性，并介紹了如何通過物理手段適當(dāng)?shù)販y(cè)量器件的性能表現(xiàn)。在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上搭建好電路之后，真正的工作就開始了。與單芯片IC設(shè)計(jì)不同，控制器用于驅(qū)動(dòng)各種開關(guān)器件，因此必須進(jìn)行一定程度的調(diào)整以確保達(dá)到最佳性能。如果測(cè)量技術(shù)不再是問題，柵極和開關(guān)波形將能提供有價(jià)值的信息，指出哪些元件值需要修改，以防止損壞氮化鎵(GaN) FET，并促使運(yùn)行效率達(dá)到最優(yōu)。

優(yōu)化柵極連接

為了抑制峰值過沖，應(yīng)當(dāng)增大柵極上拉電阻的值。如果柵極緩慢上升且無過沖，則FET不會(huì)受損，但控制器會(huì)延遲導(dǎo)通或關(guān)斷以維持設(shè)定的死區(qū)時(shí)間，從而導(dǎo)致與過大柵極電阻相關(guān)的轉(zhuǎn)換損耗增加。為了解決這個(gè)問題，應(yīng)當(dāng)減小柵極上拉電阻。請(qǐng)參見圖1來了解柵極電阻對(duì)波形的影響。上方波形顯示了使用純PCB走線的柵極測(cè)量結(jié)果，即頂部和底部柵極（TG和BG走線）的上拉和下拉電阻均為0 Ω。下方波形顯示了頂部和底部柵極的上拉和下拉電阻均為10 Ω的測(cè)量結(jié)果?？紤]到理想開關(guān)應(yīng)實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)轉(zhuǎn)換，因此在整個(gè)輸入電壓和輸出電流范圍內(nèi)，快速上升且略有過沖（在限值以內(nèi)）的波形，比過阻尼的柵極波形更為可取。柵極下降波形過沖同樣可以通過增大或減小柵極下拉電阻來調(diào)整。中間波形在以上兩種情況之間取得了良好的平衡：一方面避免了與0 Ω情況相關(guān)的過沖，另一方面又不至于像10 Ω情況那樣為消除全部過/下沖而引入過多延遲。上拉/下拉線路分離的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是能夠分別調(diào)整每個(gè)電阻。請(qǐng)注意，在圖1的中間波形中，2 Ω上拉電阻足以抑制過沖；但在圖2中，只需1 Ω下拉電阻，即可糾正頂部和底部柵極的上方波形所示的下沖。