GaN晶體管是當今存在的“最冷”zujianzhiyi。tadedijiedianzujishizaigaowenhejiduantiaojianxiayekeshixiandiwenhedinengliangsunhao。zheshigaicailiaoguangfanyongyuxuduoguanjianlingyudezhuyaoyuanyinzhiyi，zaizhexieguanjianlingyuzhong，zhexielingyuwangwangdouxuyaodadianliu。weilejinxingyouxiaodereguanli，dangranzaishejihejiegoucengmianshangdouxuyaoshiyongshidangdejishu。

 

這些參數取決於溫度

 

在功率GaN晶體管中，元件的兩個參數在溫度上起著重要作用：RDS(on) 具有相關的工作損耗，跨導具有相關的開關損耗。

 

維持低溫的原因很多：

 

在最惡劣的工作條件下防止熱失控

 

減少能量損失

 

提高係統性能和效率

 

增加電路的可靠性

 

良好的散熱設計也會對功率密度的變化產生積極影響。選擇良好的基板肯定會通過減少散熱器表麵（特別是在功率應用中）減少散熱麵，從而有助於更好地散熱。

 

切換方式

 

不同開關方法的實施不可避免地意味著設計上的差異，尤其是最終性能上的差異。主要的是“ ZVS軟切換模式”和“硬切換模式”。傳熱以三種不同方式發生：

 

直接接觸

 

借助空氣或水等流體

 

通過輻射
，電磁波

 

圖1 清(qing)楚(chu)地(di)總(zong)結(jie)了(le)傳(chuan)熱(re)過(guo)程(cheng)。係(xi)統(tong)的(de)各(ge)個(ge)組(zu)件(jian)的(de)行(xing)為(wei)就(jiu)像(xiang)電(dian)阻(zu)一(yi)樣(yang)，通(tong)過(guo)電(dian)流(liu)遇(yu)到(dao)障(zhang)礙(ai)的(de)不(bu)是(shi)電(dian)流(liu)，而(er)是(shi)熱(re)量(liang)。從(cong)結(jie)到(dao)散(san)熱(re)器(qi)，熱(re)量(liang)通(tong)過(guo)傳(chuan)導(dao)發(fa)生(sheng)
，而(er)從(cong)散(san)熱(re)器(qi)到(dao)周(zhou)圍(wei)環(huan)境(jing)，則(ze)通(tong)過(guo)對(dui)流(liu)發(fa)生(sheng)。

 

圖1：熱量通過各種方式從結點傳遞到周圍環境。

 

安裝技巧

 

GaN在PCB上(shang)的(de)物(wu)理(li)安(an)裝(zhuang)位(wei)置(zhi)，電(dian)氣(qi)和(he)戰(zhan)略(lve)層(ceng)麵(mian)的(de)散(san)熱(re)程(cheng)度(du)具(ju)有(you)決(jue)定(ding)性(xing)的(de)影(ying)響(xiang)。在(zai)相(xiang)同(tong)的(de)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia)，組(zu)件(jian)和(he)散(san)熱(re)器(qi)的(de)不(bu)同(tong)位(wei)置(zhi)決(jue)定(ding)了(le)整(zheng)個(ge)係(xi)統(tong)的(de)熱(re)性(xing)能(neng)差(cha)異(yi)。要(yao)使(shi)用(yong)兩(liang)個(ge)GaN晶體管，建議使用帶有M3型螺孔中心孔的小型散熱器。這樣
，兩個組件上的壓力達到平衡（圖2a）。但是，我們絕不能增大GaN上(shang)散(san)熱(re)器(qi)的(de)擠(ji)壓(ya)，因(yin)為(wei)這(zhe)會(hui)導(dao)致(zhi)機(ji)械(xie)應(ying)力(li)的(de)危(wei)險(xian)增(zeng)加(jia)。如(ru)果(guo)必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)更(geng)大(da)的(de)散(san)熱(re)器(qi)，則(ze)必(bi)須(xu)鑽(zuan)兩(liang)個(ge)或(huo)多(duo)個(ge)孔(kong)
，以(yi)最(zui)大(da)程(cheng)度(du)地(di)減(jian)少(shao)安(an)裝(zhuang)支(zhi)架(jia)的(de)彎(wan)曲(qu)或(huo)扭(niu)曲(qu)（圖2b））。SMD組件是最容易彎曲的組件。應在開關組件附近開孔
，以增加對較冷表麵的附著力。

 

圖2：GaN散熱器的使用

 

盡(jin)管(guan)電(dian)源(yuan)電(dian)路(lu)的(de)設(she)計(ji)是(shi)成(cheng)熟(shu)的(de)技(ji)術(shu)，但(dan)應(ying)始(shi)終(zhong)牢(lao)記(ji)法(fa)規(gui)。使(shi)用(yong)散(san)熱(re)器(qi)時(shi)，必(bi)須(xu)滿(man)足(zu)有(you)關(guan)散(san)熱(re)的(de)標(biao)準(zhun)以(yi)及(ji)電(dian)路(lu)上(shang)組(zu)件(jian)和(he)走(zou)線(xian)的(de)最(zui)小(xiao)距(ju)離(li)所(suo)規(gui)定(ding)的(de)要(yao)求(qiu)。在(zai)距(ju)離(li)必(bi)須(xu)符(fu)合(he)法(fa)規(gui)標(biao)準(zhun)的(de)區(qu)域(yu)

，必(bi)須(xu)使(shi)用(yong)熱(re)界(jie)麵(mian)材(cai)料(liao)（TIM）覆蓋散熱器的邊緣。這是為了改善兩個部分之間的熱耦合。還要避免在GaN器件附近放置通孔組件（THC）。為了優化空間，可以使用基座來抬起散熱器，以允許將表麵安裝（SMT）組件放置在散熱器本身的正下方（請參見圖3）。

 

圖3：升高散熱器可優化空間。

 

GaN的並聯

 

為了顯著提高電路的功率，可以並聯連接多個GaN晶體管，如圖4suoshi。fuzaikenengfeichangda，bingqiekaiguandianliuhuidadazengjia。shiyongzhexiefangfa，jishilengquexitongyebixufeichangyouxiao。butongdeshiyankenengyoubutongdesanrexitong，qizhongbaokuoyixiaceshi：

 

自然對流
，無散熱器

 

帶獨立散熱器的強製冷空氣

 

與普通散熱器並聯的強製冷空氣

 

通過將設備的最佳特性與最佳散熱解決方案相結合，可以增加係統可以達到的最大功率。實際上，通過減小GaN晶體管之間的並聯連接的熱阻，可以實現該結果。

 

圖4：並聯連接GaN晶體管會增加功率並降低電阻。

 

SPICE模型

 

GaN Systems提供兩種不同的SPICE模型，即L1和L3模型（見圖5）。為了在熱實現下運行，必須使用第二個模型。然而，在這種情況下
，寄生電感將更高。讓我們詳細了解兩種類型的模型之間的區別：

 

L1模型具有四個端子（G，D，S，SS）。它用於一般開關仿真
，其中仿真器的處理速度是最重要的。

 

L3模型具有六個端子（G，D，S，SS，Tc，Tj）。加上了熱模型和寄生電感模型。

 

該模型基於組件的物理特征和設備的結構。根據模擬的目的，引腳Tj可用作輸入或輸出。通過這種方式，可以執行兩種不同類型的研究：

 

用作輸入時，可以將引腳Tj設置為恒定值
，以檢查特定Tj值下的E（開）/ E（關）比。

 

用作輸出時
，可以在靜態和瞬態模式下驗證引腳Tj。

 

圖5：GaN晶體管的SPICE模型

 

結論

 

GaN晶jing體ti管guan可ke提ti供gong出chu色se的de結jie果guo以yi及ji出chu色se的de散san熱re性xing能neng。為wei了le獲huo得de最zui大da的de功gong率lv性xing能neng，甚shen至zhi以yi千qian瓦wa為wei單dan位wei，必bi須xu最zui大da化hua項xiang目mu的de電dian氣qi和he熱re量liang。如ru果guo對dui係xi統tong進jin行xing了le適shi當dang的de分fen析xi和he實shi施shi

，它ta實shi際ji上shang可ke以yi在zai相xiang對dui較jiao低di的de溫wen度du下xia處chu理li非fei常chang高gao的de功gong率lv。要yao使shi用yong的de技ji術shu涉she及ji各ge種zhong參can數shu

，例li如ru散san熱re器qi的de位wei置zhi，形xing狀zhuang和he高gao度du，焊han縫feng的de形xing狀zhuang和he尺chi寸cun
，GaN器件的平行度以及開關頻率。GaN晶體管的使用案例在市場上越來越多，其特點是支持更高的電壓和電流以及更低的結電阻，以滿足高功率領域公司的所有要求和需求。

 

 

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