GIT 电流型 GaN 晶体管的驱动电路
　　GIT 型和 SG 型这两种增强型的 GaN 器件，其栅极电荷远低于 Si 基的器件。因此，一般来说，用来驱动标准 MOS 管的门极驱动芯片都能够满足驱动 GaN 晶体管的需求。不过，需要特别注意的是，增强型氮化镓的 VGS (TH) 阈值电压较低，通常仅略高于 1V。为了避免出现误导通的情况，在驱动电路中使用负压就显得至关重要。
　　我们可以在驱动电路中增加 RC 接口电路来实现负压，具体电路如图 1 所示。
　　　　（图 1：带 RC 网络的 GIT 型 GaN 驱动电路）
　　从电路的左边开始，VDD 代表驱动电路的供电，常见的 VDD 电压为 9V 或者 12V。理想驱动器即为门极驱动器，当给驱动输入开通信号时，开关 S1 闭合，S2 关断；而当给驱动器输入关断信号时，S1 关断，S2 闭合。RSS 和 Cc 组成了一组 RC 网络，其主要作用是生成负压并提供驱动电流。Ron 和 Roff 则是用于调节开通与关断速度的驱动电阻。右侧虚线框内的为 GIT 氮化镓晶体管，二极管 VF 是其门极寄生的二极管。在后续的分析中我们会发现，在开通时，GIT 氮化镓晶体管的 VGS 会被钳位至 3.5V 左右（VF 的典型值），下面详细介绍其开关过程。
　　当晶体管开通时，电容 Cc 会被充电，充电所产生的脉冲电流 Ion 用于在开通瞬间注入 GIT 氮化镓晶体管的门级。同时，流经电阻 RSS 的电流可以提供稳定的 ISS，以维持 2EDG 的电子浓度。此外，电容 Cc 上会产生左正右负的电压。当晶体管关断时，Cc 就会作为电荷泵为栅极提供所需的负压 VN。在英飞凌的应用手册中，有关于 Cc 取值的详细计算方法。
　　对于软开关系统而言，通常 –VN 取值在 –2 V 至 –3 V 就能满足要求；而在大多数硬开关应用中，–3 V 至 –5 V 是比较理想的选择。在 “关断” 转换之后，–VN 会按照由 Cc 与 RSS 决定的时间常数衰减（见图 2b）。这个时间常数通常为数微秒，其本质上由器件的参数（栅极电荷与稳态栅极电流）所确定。VN 的计算公式如下（此处原文未给出具体公式，可参考英飞凌应用手册获取）。
　　在稳定的 “导通” 状态下，驱动 GIT 栅极需要施加一个 mA 级且恒定的栅极电流 ISS。ISS 由驱动电源 VDD 和 RSS 的阻值共同决定，其计算公式如下（此处原文未给出具体公式，可参考英飞凌应用手册获取）。
　　RSS 通常处于千欧级别。Ion 和 ISS 的具体波形如图 2a 所示，图中展示了由此产生的相关电流 ISS 波形，一般情况下 ISS 在 10mA 以内。ISS 的数值大小会直接影响氮化镓晶体管 RDSON 的大小，这与 VGS 驱动电压对 MOS 管的 RDSON 的影响类似。在进行设计时，应参考对应型号的数据手册中的 ISS 和 VDS 曲线，合理设计 RSS 的取值，详细的设计过程可以在英飞凌的应用手册中找到。
　　（图 2：GIT 型氮化镓晶体管驱动波形图 a) 门极驱动电流 b) 门极驱动电压）
　　由于 GIT 氮化镓晶体管的 GS 之间存在寄生二极管，在导通时，GS 两端的电压会被钳位在 3.5V 左右，如图 2b 中的 VF。这也是 GIT 型氮化镓晶体管的一个显著优点，门极寄生二极管可以提高其防浪涌能力，拓宽其 VGS 的电压范围。
　　SG 电压型 GaN 晶体管的驱动电路
　　SG 型氮化镓晶体管的典型驱动电路如图 3 所示。从左往右依次为驱动电源 VDD、理想驱动器（开通时，S1 闭合，S2 关断；关断时 S1 关断，S2 闭合）、开通电阻 Ron 与关断电阻 Roff，RC 接口电路包含了 Rss 和 Cc，右边是氮化镓晶体管。在其 G、S 极两端有一组背靠背的齐纳二极管 ZD1 和 ZD2。和驱动 MOS 管类似，SG 型氮化镓晶体管需要在 GS 极之间提供满足条件的正压。一般来说，ZD1 可以选用 5.3V 的齐纳二极管，ZD2 可以根据门级负压 Vgs 的范围选用对应电压的齐纳二极管。
　　ZD1 的主要作用是保证 6V 左右的驱动正压，ZD2 则用于防止负压过深而超出门级电压允许的范围。在进行选型时，应根据具体型号的数据手册并留有一定的余量。
　
　　（图 3：SG 型氮化镓晶体管驱动电路等效示意图）
　　其驱动波形如图 4 所示，图中 a 和 b 分别对应门级的电流和电压波形。
　　
　　（图 4：SG 型氮化镓晶体管驱动波形）
　　除了使用 RC 驱动电路来设计负压之外，还可以按照图 5 中的方法使用正负压驱动的电路。与上述 RC 驱动电路相比，正负压驱动电路需要为驱动电路提供一组正负压，其优点是负压在启动时就已经建立，无需先给 CC 充电，更加稳定。在实际应用中，可以根据具体的要求来确定终的设计方案。如果您想了解氮化镓晶体管的更多产品信息，欢迎登陆英飞凌，英飞凌已经发布了一系列满足不同应用要求的封装和 RDS (on) 的产品。
　　（图 5：双极性（带正负压）驱动电路设计）
　　，英飞凌还提供匹配 GaN HEMT 的驱动器，包括双通道隔离型 EiceDRIVER 2EDB7259 系列和单通道的 1EDB7275 系列。2EDB7259Y 采用 DSO - 14 封装，并依据 UL 1577 标准具备 3 kVrms 的单重保护绝缘等级。此外，它能保证至少 150 V/ns 的共模瞬态抗扰度（CMTI），其传播延迟保持稳定（–5/+9 ns），从而在全温度范围内确保的时序和可靠运行。1EDB7275 主要满足客户自主灵活性的要求，其 IN+ 和 IN - 按照图 7 中的互锁接法可以有效避免桥臂直通。如果您想了解更多详细信息，欢迎移步英飞凌。
　　　（图 6：驱动器 2EDB7259 带 RC 电路的驱动电路设计（GIT 和 SG ））
　　　（图 7：驱动器 1EDB7275 带正负压驱动电路设计（GIT 和 SG ））
　　总结
　　本文详细介绍了 GIT 电流型氮化镓晶体管和 SG 电压型氮化镓晶体管的驱动电路设计。虽然这两种晶体管对驱动电路有不同的要求，但我们可以在原理图设计阶段就对驱动电路进行兼容性设计。GIT 型氮化镓晶体管凭借其独特的门极与漏极结构，在动态 RDS (on) 方面表现更为出色。如果在驱动中需要引入负压，既可以通过外接一组正负压来实现，也可以通过 RC 接口电路来生成。