作為寬能隙半導體，氮化鎵（GaN）以其前所未有的速度、效率和可靠性迅速成為現代功率電子領域的新寵。然而，GaN元件的高速開關行為也對PCB佈局設計提出了巨大挑戰。因此想要充分發揮GaN的潛力，我們必須理解並管理PCB佈局產生的寄生阻抗，確保電路正常且可靠地運行，並且不會造成不必要的電磁干擾（EMI）。

《優化HV CoolGaN™功率電晶體的PCB佈局》應用指南，主要討論了在使用高壓氮化鎵（GaN）功率電晶體時，如何通過優化PCB佈局來提升整體電氣性能和熱性能。以下是文件的核心內容提煉：

1. 引言

• 高壓氮化鎵（HV CoolGaN™）電晶體：快速開關能力為PCB佈局帶來挑戰。
• PCB佈局最佳化目標：確保電路正確、可靠運行，避免電磁干擾（EMI）。
• 關鍵概念：瞭解寄生阻抗、電流流動路徑的重要性。

2. 實際問題

• 寄生元件：包括寄生電阻、寄生電容和寄生電感，可導致電路故障、EMI、振盪等問題。
• 快速開關問題：GaN電晶體的快速開關導致高峰值電流和dv/dt、di/dt值，增加佈局挑戰。

3. 半橋拓撲

• 半橋拓樸應用：電力電子領域廣泛應用，適合GaN電晶體。
• 強制函數概念：電流被視為強制函數，電壓變化是電流變化的效應。

4. 互感和部分電感

• 電感概念：包括總電感、部分電感和互感，互感可正可負，影響總電感。
• 佈局影響：PCB佈局中的電流路徑和返回路徑的幾何關係決定互感大小。

5. 封裝電感

• 封裝電感值：直插式封裝電感相對固定，表面貼裝封裝電感取決於佈局。
• 優化佈局：通過優化電流返回路徑降低封裝電感。

6. 頂部散熱式電晶體封裝

• 優點：無需熱通孔，降低成本，允許獨立優化電氣佈局。
• 熱界面材料：用於連接散熱器和電晶體，提供熱路徑。

7. 功率迴路佈局選項

• 不同佈局比較：包括TO-247封裝、表面貼裝TOLL佈局等。
• 過電壓評估：通過估算不同佈局下的過電壓，選擇適當的佈局。

8. 閘極驅動佈局

• 閘極驅動迴路：低阻抗設計，避免振鈴、過衝等問題。
• 佈局挑戰：優化閘極驅動佈局與電源回路佈局之間的權衡。

9. 驅動法拉第屏蔽

• 屏蔽作用：減輕閘極驅動電路與總線接地平面之間的共模電容影響。
• 實施方法：在PCB背面添加地平面，隔離閘極驅動電路與總線排接地電容。

10. 主要建議摘要

• 考慮電流流動路徑：包括寄生元件和返回路徑。
• 優化佈局電感：利用薄電介質PCB層，減少佈局電感。
• 封裝與散熱：選擇頂部冷卻封裝，優化電氣和熱路徑。
• 閘極驅動佈局：使用平面作為返回路徑，避免電容電流干擾。
• 保持開關節點緊湊：降低電容和輻射。

文章來源：英飛凌工業半導體