測(cè)試共源共柵氮化鎵 FET

Cascode GaN FET 動(dòng)態(tài)測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)
　　
Cascode GaN FET 比其他類型的 GaN 功率器件更早進(jìn)入市場(chǎng)，因?yàn)樗梢蕴峁┏ｊP(guān)操作并具有更寬的柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍。然而，電路設(shè)計(jì)人員發(fā)現(xiàn)該器件在實(shí)際電路中使用起來(lái)并不那么容易，因?yàn)樗苋菀装l(fā)生振蕩，并且其器件特性很難測(cè)量并獲得可重復(fù)的提取。許多設(shè)計(jì)人員在電路中使用大柵極電阻時(shí)必須減慢器件的運(yùn)行速度，這降低了使用快速 GaN 功率器件的優(yōu)勢(shì)。

圖 1 顯示了關(guān)斷時(shí)的發(fā)散振蕩。圖 2 顯示了導(dǎo)通時(shí)的大柵極電壓振鈴。兩者都與圖 3 所示的 Cascode GaN 器件（低壓 Si MOSFET 和高壓 GaN HEMT 的共源共柵）的獨(dú)特結(jié)構(gòu)有關(guān)。

圖 1：關(guān)閉時(shí)的振蕩可能會(huì)損壞器件和外圍電路。

圖 2：開(kāi)啟時(shí)的大振蕩。

圖 3：高壓耗盡型 GaN 器件的共源共柵結(jié)構(gòu)。

圖 1 中看到的發(fā)散振蕩是由結(jié)構(gòu)中低壓 Si MOSFET 的雪崩擊穿引起的。[1] 圖 2 中所示的 Vgs 振蕩與 MOSFET 源極和 GaN HEMT 柵極之間的電感導(dǎo)致的 Vgs 不平衡有關(guān)。Cascode GaN FET 動(dòng)態(tài)特性測(cè)量對(duì)于器件制造商和器件用戶（即電源電路設(shè)計(jì)人員）都很重要，因?yàn)樵诓涣私獗苊庹袷幍臈l件的情況下很難使用器件。
　　
評(píng)估共源共柵 GaN 器件時(shí)的關(guān)鍵考慮因素
　　
使用 Cascode GaN 器件時(shí)，需要使用三個(gè)重要組件來(lái)避免振蕩。個(gè)是緩沖電路，第二個(gè)是鐵氧體磁珠，第三個(gè)是柵極電阻 (Rg) 依賴性。RC緩沖電路由串聯(lián)的電阻器和電容器組成（即簡(jiǎn)單的低通濾波器）。如果將其連接在功率 FET 的漏極和源極之間，則可以減少或消除 FET 關(guān)斷時(shí)的急劇電壓上升。使用 RC 緩沖電路以避免振蕩非常重要。通過(guò)執(zhí)行雙脈沖測(cè)試找到電阻器和電容器的正確組合也很重要，因?yàn)樗鼘⒃趯?shí)際應(yīng)用中使用。
　　
鐵氧體磁珠利用其感應(yīng)特性反射并抑制高頻噪聲。如果使用適當(dāng)尺寸的鐵氧體磁珠，則根據(jù)雙脈沖測(cè)試期間 Vgs 上的噪聲頻率，噪聲將被徹底消除。有一種片式鐵氧體磁珠，其在水平方向上具有螺旋結(jié)構(gòu)，可以限度地減少雜散電容，因此可以有效地抑制振蕩。Cascode GaN FET 制造商發(fā)布的應(yīng)用說(shuō)明推薦并描述了鐵氧體磁珠的使用。
　　
另一個(gè)需要評(píng)估的關(guān)鍵特性是 Rg 依賴性。Rg 限制流入柵極的電流，因此控制 Vgs 的斜坡速度。在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)，依賴性很重要。然而，更換 Rg 并不方便，因?yàn)?GaN 功率電路的柵極電阻通常是 SMD 類型，以限度地減少雜散電感。因此，應(yīng)焊接和拆焊 Rg 以測(cè)量柵極電阻依賴性。
　　
對(duì)于 Cascode GaN 器件，提供了額外的功能，使其表征變得簡(jiǎn)單而有效。
　　
Cascode GaN FET 的定制測(cè)試板如圖 4 所示。該測(cè)試板具有鐵氧體磁珠端子和用于 RC 緩沖器的無(wú)焊觸點(diǎn)。選擇抑制高頻能量的合適鐵氧體磁珠。對(duì)于 RC 緩沖器，您可以使用板上的通孔型連接器來(lái)安裝或拆卸它。您可以通過(guò)測(cè)量各種組合的特性來(lái)找到的 RC 緩沖器。圖 6 顯示了使用該板的 Cascode GaN FET 的測(cè)量結(jié)果。使用的 RC 緩沖器是 15 歐姆電阻器和 33pF 電容器的組合。

圖 4：TO-220 Cascode GaN FET 的測(cè)試板。

還實(shí)現(xiàn)了無(wú)焊可更換柵極電阻器機(jī)制。使用不同的柵極電阻可以輕松評(píng)估相同的板和相同的 DUT。圖 7 顯示了使用無(wú)焊可更換柵極電阻器機(jī)制的示例結(jié)果。圖 5 所示的電路板適用于 TO-220 封裝器件。如果 DUT 是 SMD 封裝，則可以采用無(wú)焊 DUT 接觸技術(shù)制作專為 SMD Cascode GaN 器件定制的電路板。
　　
該板插入 PD1500A 測(cè)試夾具并使用 PD1500A 軟件用戶界面進(jìn)行控制。

圖 5：無(wú)焊 DUT 觸點(diǎn)和可更換柵極電阻。

圖 6：Cascode GaN FET (TPH3212PS) Rg=15Ohm 的測(cè)試結(jié)果

圖 7：使用可更換柵極電阻器（500 歐姆和 20 歐姆）的測(cè)試結(jié)果

由于器件結(jié)構(gòu)容易發(fā)生振蕩，共源共柵 GaN FET 動(dòng)態(tài)表征具有挑戰(zhàn)性。找到良好的工作條件對(duì)于電路設(shè)計(jì)以發(fā)揮其優(yōu)越性能非常重要。PD1500A 動(dòng)態(tài)功率器件分析儀/雙脈沖測(cè)試儀提供了準(zhǔn)確表征 Cascode GaN FET 的便捷方法，使用定制測(cè)試板來(lái)模擬所需外圍電路的工作條件。