通过EPC的GaN EPC2032的电路设计实验

GaN晶体管是新电源应用的理想选择。它们具有较小的尺寸，非常高的运行速度并且非常高效。它们可用于轻松构建任何电力项目。在本教程中，我们将使用EPC的GaN EPC2032进行实验。

EPC2032的特性

EPC2032 eGaN的供货形式为带有用于焊接的突起（参见图1）。它的尺寸很小。以下是其一些值得注意的功能：

• Rds（on）：4毫欧（0.004欧姆）；
• Ids（max）：48 A;
• 漏源电压（Vds）：100 V;
• Vgs：6 V；
• 结工作温度（Tj）：-40°C至+ 150°C;
• 很高的开关频率；
• 尺寸为4.6 x 2.6毫米;
• 热阻：0.45°C / W。

图1 EPC2032 GaN

模拟Rds（on）和效率

我们可以首先分析饱和状态下的Rds（on）的测量结果，然后分析功率器件的静态效率。应用图如图2所示。

图2：GaN静态测试的接线图

电路的静态工作值如下：

• Vcc：100 V；
• 负载电阻：5欧姆；
• Vg：6 V；
• 负载电流：19.98 A；

Rds（on）值为EPC2032：0.00285307欧姆（2.8毫欧）。在电路的工作条件下，仿真计算了器件的静态电阻值，从而确认了官方数据表中的一般功能。

我们获得EPC2032的效率值：99.935％。

在这些条件下，即使漏极源结被20安培的电流交叉，GaN仍在工作时实际上保持低温。实际上，功耗等于EPC2032：1.29瓦。

有趣的是，在将任何类型的负载施加到电路输出端时，其静态效率都很高。分析1欧姆至101欧姆之间的欧姆电阻，效率百分比非常高。电阻值的扫描可以通过SPICE指令执行：

.step参数加载1101 2

RDS（on）对温度的依赖性

不幸的是，温度始终会影响任何电子组件。随着温度的变化，GaN的工作条件也会发生变化。幸运的是，所检查的GaN模型使这些变化最小。通过仿真可以观察到-55°C至+ 150°C之间的温度。尽管在所有工作条件下DS结的电阻值都不相同，但电路的效率始终很高，大于99.7％在所有情况下。

图3：Rds（on）与温度的关系

EPC2032 MOSFET的Ids vs.Vds

一个非常有趣的模拟功能突出显示了栅极不同极化时漏极电流相对于Vds电压的趋势。Mosfet的行为会随着结温的变化而极大地变化。下面的示例提供了一个典型的电路，例如上述电路，其中以下静态参数有所不同：

Mosfet：EPC2032

• Vds：从0 V到3 V连续；
• Vg：2 V至6 V，步长为1 V；
• 结温：25 V和150 V.

请记住，要改变Vds，可以使电源电压V1多样化或修改负载R1的电阻值。由于我们正在以1 V的步长检查栅极电压Vgs，因此我们将在曲线图上观察到的曲线是指等于2 V，3 V，4 V，5 V和6 V的五个驱动电压。SPICE指令从在仿真软件中进行设置，因此提供了对电压发生器V1和V2的扫描，如下所示：

.dc V1 0 100 1 v2 2 6 1

此外，还必须提供以下SPICE指令来分别将系统温度设置为25°C和150°C：

.temp 25

或者

.temp 150

通过执行DC仿真，该软件将产生图4所示的图形。

图表非常清晰，表达了一个基本概念：该组件在较低的温度下效果更好。25°C的结温可实现出色的性能和非常高的效率。在150°C的极限温度下，即使栅极上的电压值不同，传输电流也会大大降低，实际上将其值减半。

图4：EPC2032 GaN MOSFET的特性曲线

结论

为了使用GaN，强烈建议查阅官方数据手册，以避免超出制造商的限制并从设备中获得最佳性能。可以进行其他仿真示例，例如通过修改“门”电压来控制和测量“漏极”电流，或者电路效率相对于温度的变化。无论如何，必须考虑到，如今的GaN是极其快速，坚固且功能强大的开关器件，将来它们将能够制造性能越来越高的汽车和转换器。

编辑：hfy