本文介紹了應(yīng)用GaN Systems器件的PCB布局設(shè)計(jì)原則， 包含以下四種電路：

1. 單管GaN E-HEMTs 的隔離驅(qū)動電路
2. 并聯(lián)GaN E-HEMTs 的隔離驅(qū)動電路
3. 半橋自舉門極驅(qū)動電路
4. EZDriveSM 電路
   ? 優(yōu)化的電路板布局和極低的封裝電感是優(yōu)化氮化鎵器件開關(guān)性能的關(guān)鍵

** 為什么我們需要優(yōu)化PCB layout?**

GaN 增強(qiáng)型器件開關(guān)速度遠(yuǎn)快于Si MOSFETs, 所以需要恰當(dāng)?shù)腜CB 布局設(shè)計(jì)以減小寄生電感
寄生電感會導(dǎo)致較高的過沖電壓, 振蕩, 和EMI問題, 使得GaN器件承受過大的電氣應(yīng)力

GaN E-HEMT的PCB布線考慮

*附件：GaN E-HEMTs的PCB布局.pdf

GaN E-HEMTs的PCB布局總結(jié)

一、總述

• ?內(nèi)容?：本文件介紹了應(yīng)用GaN Systems器件的PCB布局設(shè)計(jì)原則，涵蓋單管GaN E-HEMTs的隔離驅(qū)動電路、并聯(lián)GaN E-HEMTs的隔離驅(qū)動電路、半橋自舉門極驅(qū)動電路以及EZDrive SM電路。
• ?關(guān)鍵點(diǎn)?：優(yōu)化的電路板布局和極低的封裝電感是優(yōu)化氮化鎵器件開關(guān)性能的關(guān)鍵。

二、PCB布局的重要性

• ?開關(guān)速度?：GaN增強(qiáng)型器件的開關(guān)速度遠(yuǎn)快于Si MOSFETs，需要恰當(dāng)?shù)腜CB布局設(shè)計(jì)以減小寄生電感。
• ?寄生電感影響?：寄生電感會導(dǎo)致較高的過沖電壓、振蕩和EMI問題，增加GaN器件承受的電氣應(yīng)力。

三、PCB布局步驟

步驟1：確定原理圖

• 確定每個(gè)關(guān)鍵電路的構(gòu)成，包括單管GaN器件的隔離驅(qū)動電路、并聯(lián)GaN器件的隔離驅(qū)動電路、半橋自舉門極驅(qū)動電路和EZDrive SM電路。

步驟2：放置組件

• ?原則?：將組件盡可能靠近放置，根據(jù)當(dāng)前電流方向依次設(shè)置組件。
• ?優(yōu)先級?：根據(jù)設(shè)計(jì)優(yōu)先級最小化所有回路，具體優(yōu)先級根據(jù)電路類型（如功率換流回路、門極驅(qū)動回路等）確定。

步驟3：連接組件

• ?技術(shù)?：通過磁通消除技術(shù)降低寄生電感，即調(diào)整layout使高頻電流在兩個(gè)相鄰的PCB層上以相反的方向流動，從而抵消磁通量。

四、具體電路設(shè)計(jì)原則

1. 單管GaN器件的隔離驅(qū)動電路

• ?功率換流回路?：Q1, Q2, C_BUS應(yīng)盡可能小。
• ?門極驅(qū)動回路?：開通和關(guān)斷回路中的組件（如C5, U1, R_gon, Q2等）應(yīng)靠近放置。

2. 并聯(lián)GaN器件的隔離驅(qū)動電路

• ?功率換流回路?：Q1, Q2, C_BUS應(yīng)盡可能小，并聯(lián)器件應(yīng)盡可能對稱。
• ?門極驅(qū)動回路?：每個(gè)器件的開通和關(guān)斷回路應(yīng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，確保電流平衡。

3. 半橋自舉門極驅(qū)動電路

• ?功率換流回路?：Q1, Q2, C_BUS應(yīng)盡可能小。
• ?門極驅(qū)動回路?：上管和下管的開通和關(guān)斷回路應(yīng)獨(dú)立設(shè)計(jì)，使用自舉電容和二極管提供上管門極驅(qū)動電壓。

4. EZDrive SM電路

• ?功率換流回路?：Q1, Q2, C_BUS應(yīng)盡可能小。
• ?門極驅(qū)動回路?：使用集成驅(qū)動的控制器和額外的電阻、電容組件來優(yōu)化門極驅(qū)動回路。

五、磁通消除技術(shù)應(yīng)用

• ?原理?：當(dāng)兩個(gè)相鄰的導(dǎo)體以相反的電流方向靠近放置時(shí)，兩個(gè)電流產(chǎn)生的磁通量將相互抵消，從而降低寄生電感。
• ?實(shí)施?：在PCB設(shè)計(jì)中，通過調(diào)整走線布局，使高頻電流在兩個(gè)相鄰層上以相反方向流動，實(shí)現(xiàn)磁通抵消。

六、總結(jié)

• ?優(yōu)化布局?：良好的PCB布局對于充分發(fā)揮GaN器件的性能至關(guān)重要，可以顯著減小寄生電感，降低過沖電壓和振蕩。
• ?設(shè)計(jì)原則?：遵循關(guān)鍵電路設(shè)計(jì)原則，如最小化功率換流回路和門極驅(qū)動回路的電感，確保組件的適當(dāng)放置和連接。
• ?磁通消除?：利用磁通消除技術(shù)進(jìn)一步降低寄生電感，提高電路的穩(wěn)定性和效率。