一、并行GaN-HEMT存在兩個主要問題

1.并??聯(lián)GaN HEMT的均流特性受Rds_on和Vth影響很大。不相等的Rds_on會導致不同的穩(wěn)態(tài)電流，而不同的Vth會導致不平衡的瞬態(tài)電流。

2．不均勻或不對稱的電路布局會導致功率環(huán)路和驅(qū)動環(huán)路的參數(shù)不同。共源電感和米勒電容的影響，以避免GaN驅(qū)動電路的振鈴。驅(qū)動和功率環(huán)路布局的寄生參數(shù)至關重要，在 GaN HEMT 并聯(lián)運行中需要均衡并最小化這些參數(shù)。 并聯(lián)支路的參數(shù)失配會對動態(tài)特性產(chǎn)生顯著影響，并帶來GaN HEMT的熱問題。并聯(lián)功率器件由于降低了導通電阻而提高了效率。但實際上由于器件電容較高，開關損耗將會增加。在相同 PWM頻率下的理想設計中，并聯(lián)器件的效率應該具有相同的最佳值，且位于更高的輸出功率水平。所以需要保持較高的開關速度以抑制硬開關應用中的開關損耗，設計原則明確要求：

1）均勻柵極驅(qū)動，2）均勻負載，3）擴大散熱能力。

二、驅(qū)動器和 PCB 設計的規(guī)律

為減少功率換流回路的電感，使用磁通抵消原則非常關鍵：當兩個相鄰導體被靠近放置且其電流方向相反，則兩個方向的電流產(chǎn)生的磁通相互抵消，減少功率回路長度 (包含氮化鎵晶體管和去耦電容)，對稱的門極走線：

? 對于大電流并聯(lián)設計，推薦使用負的門極關斷偏置電壓(-3V至-6V)，這樣可以降低關斷損耗 ，且門極驅(qū)動電

路的抗干擾能力更強

? 隔離電源用6.2V齊納管產(chǎn)生兩個驅(qū)動電壓 (VDD = 6.2V，則VEE = 6.2V - PS1的輸出電壓)

? 增加單獨的門極電阻(R3/R5 = 1-2Ω) 和源極電阻(R6/R7 = 1-2Ω) 來降低并聯(lián)器件之間的門極震蕩

? 減小門極驅(qū)動回路，降低其對并聯(lián)器件均流的影響

三、GaN器件并聯(lián)需要評估的參數(shù)

1.驅(qū)動回路寄生電感（門極/源極電感和共源極電感），驅(qū)動回路面積：并聯(lián)支路的寄生參數(shù)差異越大，對均流的影響越大，為了減輕電流換向期間的振鈴，兩個 TVS 與每個 GaN HEMT 并聯(lián)放置，以最大限度地減少環(huán)路電感。

2.熱平衡測試，開關功率損耗和熱應力測試，連續(xù)多脈沖測試，開關態(tài)電流測試。并聯(lián)低壓增強型 GaN HEMT 的設計，并評估驅(qū)動器和電源環(huán)路中寄生電感的影響。 通過LT-spice和ANASYS Q3D Extractor進行仿真來分析不平衡參數(shù)的影響。

實際工況下，如和同時降低輕載開關損耗和重載導通損耗？

主動控制并聯(lián)器件的柵極電阻或延遲時間以平衡瞬態(tài)電流。需要多個高帶寬電流傳感器和模擬反饋控制。通過動態(tài)（最低時延）監(jiān)測半導體結(jié)溫，可以避免器件、模塊和整個系統(tǒng)的過溫擊穿。 通過感測到的結(jié)溫，可以推斷出晶體管中流動的（過）電流和/或可以立即可靠地檢測短路狀況。 可以實現(xiàn)逐個脈沖轉(zhuǎn)換速率調(diào)整，以應對具有挑戰(zhàn)性的“平衡均流”任務 在并聯(lián)的 GaN 晶體管添加反向耦合電感器； 可以形成高差模阻抗，可以緩解并聯(lián)器件之間的電流不平衡。

四、GaN器件并聯(lián)LTspice仿真測試

兩個GaN器件的漏極端子處的上升和下降瞬保持相同，漏極端子的上升和下降瞬態(tài)只有亞納秒的差異。 該參數(shù)要求表明負載非常均勻，符合預期。此外評估多個GaN器件在變換器(例如BOOST電路下)額定功率下，在15-90%(空載/半載/滿載)負載下可實現(xiàn)較高的效率(99%)，驗證并聯(lián)高速GaN功率器件的可靠性。下圖為GaN器件并聯(lián)在LTspice仿真的測試圖，仿真時間設置為15us。

下圖為GaN器件并聯(lián)在LTspice仿真的測試Ids曲線圖，可以看到在注意了驅(qū)動回路參數(shù)對稱性的設計后，波形的形狀比較合理。

下圖為GaN器件并聯(lián)在LTspice仿真的測試Ig曲線圖：

下圖為GaN器件并聯(lián)在LTspice仿真的測試Vds和Vgs曲線圖，可以看到在注意了驅(qū)動回路參數(shù)對稱性的設計后，波形的形狀比較合理。

注：本帖選用的GaN器件為GS61008P