原標題：氮化鎵晶體管的并聯配置應用

氮化鎵（GaN）晶體管的并聯配置應用在大功率變換器設計中具有重要意義。以下是對氮化鎵晶體管并聯配置應用的詳細分析：

一、氮化鎵晶體管并聯配置的背景與意義

在功率變換器應用中，寬帶隙（WBG）技術日益成為傳統硅晶體管的替代產品。氮化鎵晶體管作為寬帶隙半導體技術的代表，具有優異的電學性能和熱穩定性，適用于高功率、高頻率的應用場景。然而，與硅器件相類似，單只氮化鎵晶體管的電流處理能力仍有局限。為了增大輸出功率，并聯配置晶體管已成為設計工程師可以考慮的選項之一。

二、氮化鎵晶體管并聯配置的關鍵要素

1. 通態電阻（RDS(on)）的匹配：

• 理想情況下，并聯晶體管的RDS(on)應嚴格匹配，以確保靜態電流在并聯晶體管之間平均分配。

• RDS(on)的差異可能會導致并聯晶體管之間的電流不平衡，進而影響整體性能和可靠性。

2. 柵極驅動電路的設計：

• 氮化鎵晶體管的柵極驅動電路與傳統硅晶體管有所不同，需要考慮到其高速開關特性和低閾值電壓。

• 例如，英飛凌科技的CoolGaN晶體管采用了柵極p型摻雜工藝，形成了一個正向電壓約為3.0V（或3.5V，具體值可能因產品而異）的pn二極管，并與柵極電容CG并聯。這導致柵極電壓被鉗位到其正向導通電壓（VF），因此需要一個負電壓來正確地關斷晶體管。

• 柵極驅動電路的設計需要確保在硬開關應用中能夠可靠地關斷晶體管，同時避免誤導通和電壓振蕩。

3. PCB布局與布線：

• 在并聯配置時，PCB寄生電感和寄生電容可能會對晶體管開關運行產生影響。

• 因此，需要遵循良好的PCB布局和布線規則，確保柵極驅動環路和電源環路保持較小且對稱，同時降低開關節點的寄生電容。

三、氮化鎵晶體管并聯配置的挑戰與解決方案

1. 共享驅動電流路徑問題：

• 盡管每個并聯晶體管都有單獨的驅動電路，但柵極驅動器環路中仍然存在部分共享路徑。

• 這會導致并聯晶體管之間的柵極電壓差異，進而產生不平衡的源極電流分流和電壓振蕩。

• 解決方案是在開爾文源極路徑中引入高阻抗共模電感（CM電感），以抑制共享驅動電流路徑問題。

2. 器件選型與匹配：

• 并聯晶體管的選型需要考慮到其RDS(on)、柵極閾值電壓等參數的一致性。

• 通過嚴格篩選和匹配器件，可以減小并聯晶體管之間的性能差異，提高整體性能和可靠性。

四、氮化鎵晶體管并聯配置的應用實例

英飛凌開發了并聯半橋評估板，其中應用了四個70mΩ的CoolGaN晶體管。該評估板遵循了上述設計準則，提供了大量的測試點，可用于降壓或升壓電路測試、雙脈沖測試以及脈沖寬度調制（PWM）運行。通過連接外置電感，該評估板還可以在數千瓦功率等級或高開關頻率至1MHz的軟開關和硬開關應用中進行測試。

綜上所述，氮化鎵晶體管的并聯配置應用需要考慮到通態電阻的匹配、柵極驅動電路的設計以及PCB布局與布線等因素。通過解決共享驅動電流路徑問題和器件選型與匹配等挑戰，可以實現高性能、高可靠性的并聯配置應用。