GaN晶體管是當今存在的“最冷”組zu件jian之zhi一yi。它ta的de低di結jie電dian阻zu即ji使shi在zai高gao溫wen和he極ji端duan條tiao件jian下xia也ye可ke實shi現xian低di溫wen和he低di能neng量liang損sun耗hao。這zhe是shi該gai材cai料liao廣guang泛fan用yong於yu許xu多duo關guan鍵jian領ling域yu的de主zhu要yao原yuan因yin之zhi一yi，在zai這zhe些xie關guan鍵jian領ling域yu中zhong，這zhe些xie領ling域yu往wang往wang都dou需xu要yao大da電dian流liu。為wei了le進jin行xing有you效xiao的de熱re管guan理li，當dang然ran在zai設she計ji和he結jie構gou層ceng麵mian上shang都dou需xu要yao使shi用yong適shi當dang的de技ji術shu。

 

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 qingchudizongjielechuanreguocheng。xitongdegegezujiandexingweijiuxiangdianzuyiyang
，tongguodianliuyudaozhangaidebushidianliu
，ershireliang。congjiedaosanreqi，reliangtongguochuandaofasheng，ercongsanreqidaozhouweihuanjing，zetongguoduiliufasheng。

 

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

 

jinguandianyuandianludeshejishichengshudejishu
，danyingshizhonglaojifagui。shiyongsanreqishi
，bixumanzuyouguansanredebiaozhunyijidianlushangzujianhezouxiandezuixiaojulisuoguidingdeyaoqiu。zaijulibixufuhefaguibiaozhundequyu
，bixushiyongrejiemiancailiao（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

 

GaNjingtiguanketigongchusedejieguoyijichusedesanrexingneng。weilehuodezuidadegonglvxingneng，shenzhiyiqianwaweidanwei
，bixuzuidahuaxiangmudedianqihereliang。ruguoduixitongjinxingleshidangdefenxiheshishi
，tashijishangkeyizaixiangduijiaodidewenduxiachulifeichanggaodegonglv。yaoshiyongdejishushejigezhongcanshu，lirusanreqideweizhi，xingzhuanghegaodu
，hanfengdexingzhuanghechicun，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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