如果設(shè)計(jì)需要出色功率效率的電子應(yīng)用，請考慮使用新型高性能氮化鎵（GaN）和碳化硅（SiC）技術(shù)。與傳統(tǒng)的電子開關(guān)硅解決方案相比，這些新的寬帶隙技術(shù)具有顯著的優(yōu)勢。它們具有更小的物理芯片尺寸、卓越的導(dǎo)熱性和管理能力以及更低的開關(guān)損耗，非常適合空間受限的應(yīng)用，例如工業(yè)、醫(yī)療、電信和汽車應(yīng)用的電源、驅(qū)動(dòng)器和逆變器。但是，您必須考慮一些設(shè)計(jì)權(quán)衡，特別是在開關(guān)損耗方面。例如，由此產(chǎn)生的更高的 di/dt 和 dv/dt 以及更高的運(yùn)行速度會(huì)放大電路中的頻率振蕩，從而使噪聲成為關(guān)鍵考慮因素。為了緩解這種情況，您必須仔細(xì)考慮柵極電阻的選擇，

在典型的電路功能中，您使用高側(cè) （HS） 和低側(cè) （LS） MOSFET 作為開關(guān)器件來驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載。當(dāng)關(guān)閉 HS 和 LS 開關(guān)時(shí)，電流從電源 V CC流向電感器Lo。另一方面，當(dāng)關(guān)閉 HS 開關(guān)并打開 LS 開關(guān)時(shí)，電感電流繼續(xù)從地同步流向Lo。柵極電壓定義了開關(guān)狀態(tài)，柵極電壓的變化影響柵極環(huán)路的充電和放電。開關(guān)時(shí)間和相關(guān)損耗取決于柵極電流對柵極電容器充電和放電的速度。柵極電流受驅(qū)動(dòng)器電壓柵極電阻和驅(qū)動(dòng)器電路整體固有寄生效應(yīng)的影響（圖 1a）。

圖 1a：柵極驅(qū)動(dòng)元件

為了避免同時(shí)開啟/關(guān)閉，請仔細(xì)選擇柵極電阻解決方案，例如高功率厚膜芯片、薄膜 MELF 或高功率背接觸電阻。這種解決方案消除了延長“死區(qū)時(shí)間”（HS 和 LS 開關(guān)開啟之間的時(shí)間）的需要，該時(shí)間有效地轉(zhuǎn)化為功率損耗（圖 1b）。

圖 1b：同步降壓電路，具有“死區(qū)時(shí)間”的驅(qū)動(dòng)信號(hào)

選擇柵極電阻器技術(shù)的基本考慮因素是脈沖功率、脈沖時(shí)間和溫度以及穩(wěn)定性。使用雙柵極電阻時(shí)，通常建議導(dǎo)通柵極電阻的值應(yīng)至少是截止柵極電阻的兩倍（圖 1c）。請務(wù)必注意關(guān)斷柵極電阻的值，以避免漏極（或IGBT的集電極）處的電壓上升時(shí)出現(xiàn)寄生導(dǎo)通。

圖 1c：基本門電路（具有單獨(dú)的開啟和關(guān)閉）

您還需要考慮柵極電阻的阻值，因?yàn)楫?dāng)阻值過高或過低時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)損耗或振蕩。柵極電阻器需要快速處理高峰值負(fù)載，并且平均功耗將隨著頻率和占空比的增加而增加。從功能上講，它將對器件中積累的內(nèi)部電容和米勒電荷進(jìn)行放電。減少電壓過沖可減少器件和驅(qū)動(dòng)器上的壓力，減少寄生電感可避免開關(guān)期間的 V GS振蕩。

減少走線長度（寄生電感）對于限度地減少電路中的噪聲非常重要。這就是為什么通常引線鍵合或表面貼裝柵極電阻器的原因。對于 IGBR 引線鍵合系列，背接觸可提供卓越的導(dǎo)熱性，并限度地減少器件和 PCB 之間的熱變化。結(jié)合引線鍵合連接、物理尺寸和燒結(jié)能力，您可以將 IGBR 電阻器燒結(jié)在高功率半導(dǎo)體模塊或外殼內(nèi)。這樣可以非常接近開關(guān)器件，從而減少一些寄生元件并有助于降低電路噪聲。

如圖 2 所示，柵極電阻器技術(shù)解決方案選項(xiàng)范圍從高功率厚膜芯片 （a） 到薄膜 MELF （b） 器件以及額定功率高達(dá) 4 W 的薄膜基板類型 （c）。 柵極電阻器選擇時(shí)的其他考慮因素包括元件尺寸、精度、可靠性、元件與 PCB 之間的熱性能以及并聯(lián)寄生電感。

圖 2：柵極電阻器類型

柵極電阻通常指定 （R G ） 介于 1 Ω 和 100 Ω 之間。選擇較低的 RG 值可以減少器件的耗散（E ON、E OFF），從而產(chǎn)生更高的驅(qū)動(dòng)電流。鑒于寬帶半導(dǎo)體的上升時(shí)間很短，您還需要考慮柵極電阻器的 RF 影響，并在開關(guān)損耗和 EMI 性能之間找到平衡。如果您希望減少 EMI 輻射，可以使用更高阻值的電阻器并延長開關(guān)的上升時(shí)間，但這自然會(huì)增加開關(guān)損耗。

根據(jù)電源電路中的電感和負(fù)載，還應(yīng)仔細(xì)檢查各種電阻器技術(shù)的工作電壓，因?yàn)殚_關(guān)期間會(huì)出現(xiàn)電壓尖峰?？紤]到所有這些因素，您可以選擇滿足您的電源效率、可靠性和降噪要求的正確柵極電阻解決方案。

在處理可達(dá)到兩位數(shù)安培的高峰值電流和高頻（有時(shí)瞬態(tài)甚至在 MHz 范圍內(nèi)）時(shí)，重要的是要考慮溫度對電阻器的影響。較高的溫度會(huì)導(dǎo)致電阻值隨著時(shí)間的推移而漂移和增加。該器件的結(jié)構(gòu)決定了電阻值的長期穩(wěn)定性。例如，與單芯片的矩形表面相比，MELF 電阻器的圓柱體表面積擴(kuò)大了 pi 倍，這可以顯著提高其性能。使用鎳鉻等穩(wěn)定的薄膜材料還可以提供出色的脈沖負(fù)載能力。在空間受限的設(shè)計(jì)中，電源開關(guān)的相對位置很重要，因?yàn)闊崃靠梢詮碾娫撮_關(guān)流入 PCB，從而影響柵極電阻器的工作溫度。

假設(shè)您想充分實(shí)現(xiàn)寬帶隙半導(dǎo)體的效率優(yōu)勢。在這種情況下，您需要設(shè)計(jì)一個(gè)的柵極驅(qū)動(dòng)器電路，該電路考慮柵極電荷 Q x、開關(guān)頻率、驅(qū)動(dòng)器的峰值電流能力以及快速開關(guān)（電路性能的定時(shí)和穩(wěn)定性）的具體要求。選擇具有適當(dāng)技術(shù)和器件結(jié)構(gòu)的正確低歐姆值柵極電阻器對于實(shí)現(xiàn)電路效率至關(guān)重要。