¿Pueden los FET de GaN ser controlados directamente por señales de nivel lógico?

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Me interesé en usar los FET de GaN por su combinación de velocidad de conmutación rápida y muy baja resistencia de estado. La mayoría de las placas de evaluación (por ejemplo, por EPC) utilizan chips de controlador GaN como UCC27611 y LM5113 que regulan el voltaje de la compuerta a 5 V y sujetan los transitorios.

Ahora, mirando algunos de los FET de GaN más pequeños como EPC2037 que tiene una carga de compuerta de 0.12nC o EPC2036 con 0.70nC, me pregunto: ¿hay alguna razón para que esto no se pueda manejar directamente desde un pin del microcontrolador de 3.3V?

Si el microcontrolador puede generar / hundir 25 mA, el tiempo de conmutación es, en teoría, solo 0.12nC / 25 mA = 4.8ns, y eso es sin un controlador (!!). El tiempo real de conmutación puede no ser tan bueno, por supuesto, pero aún así debería ser súper rápido en comparación con un FET que no sea de GaN. Me gustaría atar la puerta a un pin del microcontrolador sin una resistencia de puerta, si es posible.

Ahora, puedo ver en la misma hoja de datos que el FET no estará completamente activado a 3.3 V, pero ¿esto tiene algún efecto negativo que no sea una disipación de calor ligeramente mayor? Estoy de acuerdo con una menor eficiencia, solo quiero saber si hay algún tipo de trampa que pueda hacer que el FET falle.

(Mi escenario de uso es cambiar 5V 1A a ~ 1MHz, creo que los tiempos de conmutación de 20-50ns deberían estar bien, pero más rápido es mejor. El microcontrolador es STM32F103)

    
pregunta Alex I

2 respuestas

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Conducir la puerta a 3.3 V está dentro de las especificaciones, por lo que no debería ocurrir nada malo.

Sin embargo, tenga en cuenta que R dson solo está garantizado para la unidad de 5 V gate. La gráfica de R dson en función del voltaje de la compuerta le brinda una guía de lo que obtendrá a 3.3 V, pero esto no es una garantía. Parece que deberías esperar alrededor de 600 mΩ. No puede basar un diseño de volumen en "probablemente alrededor".

A pesar de las exageraciones de marketing al principio de la hoja de datos sobre R dson excepcionalmente bajo, R dson es bastante alto. La corriente de fuga de la puerta también es bastante alta.

Parece que el aspecto inusual de este FET es que puede conmutar 100 V con solo una unidad de puerta de 5 V. Si solo necesita cambiar 30 V, o puede proporcionar una unidad de compuerta de 10 a 12 V, hay FET mucho mejores. Esta es definitivamente una parte especial. No he buscado el precio, pero espero que también diga "especialidad".

El paquete también requiere bastante soldadura por aire caliente para el trabajo manual, a diferencia de un SOT-23 que se puede soldar con un soldador común.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Por lo que yo entiendo, es posible, porque supera la tensión máxima del umbral de la puerta (2.5 V). Lo que debe tener en cuenta es que no tiene mucho margen para tolerar el ruido que podría inducirse en el voltaje de la compuerta. Muchos MOSFET normales de Si tienen umbrales de alrededor de 2-3 voltios, pero en la mayoría de los casos se usa un controlador con un voltaje más alto (5 - 10 V) para tener suficiente espacio para los picos de voltaje inducidos que podrían obtener voltaje de puerta por debajo de los umbrales por un instante. No estoy seguro de poder evitar esto haciendo un diseño lo suficientemente bueno en su caso.

La segunda razón para usar un voltaje más alto es que el Rdson será menor, pero si está de acuerdo con él, y la disipación del MOSFET es suficiente para asegurar que no se alcance la temperatura máxima, entonces esto no debería ser un problema.

El tercer problema para usar un controlador de compuerta se debe a la alta potencia / corriente entregada a la compuerta, pero este GaN FET parece necesitar una corriente promedio muy baja:

0.08 nC * 1 MHz = 80 uA

(Tenga en cuenta que el voltaje de la compuerta no es 0.12 nC, pero 0.08 nC a 3.3 V.)

Por supuesto, como usted dijo, el tiempo de conmutación será mucho mayor que el esperado debido a la resistencia interna de las salidas del microcontrolador, por lo que tomará más tiempo llenar la capacitancia de la puerta. No estoy seguro de esta resistencia interna del microcontrolador, por lo que no puedo decir mucho al respecto.

Al ver todo esto, parece lógico decir que podría funcionar, pero es arriesgado debido a la baja altura a la tensión de umbral.

    
respondido por el GGross

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