与MOSFET相比,氮化镓场效应晶体管具更低阈值电压(VTH)及更大米勒电容比,使了解并联连接的细节更显重要。此外,氮化镓场效应晶体管的开关速度更快,设计师需要注意并联版图如何创建电路特性,从而有可能影响开关的性能。
图1显示了一个半桥转换器的一般原理图,并详细给出了采用两个并联器件的低侧开关。为了确保开关可以可靠地工作,电路中有两个参数需要加以控制:(1)源极电感，它可能在器件中引入不期望的栅极电压,这个要由流经开关的电流的di/dt而确定;及(2)米勒电容,它可能在开关事件发生期间,在栅极路径中引入电流,并受开关的dv/dt所驱动。矛盾的是,为了确保开关不受di/dt影响,需要高阻抗的栅极环路;而同时为确保开关不受dv/dt引致的栅极电流影响,在栅极环路又需要低阻抗。
图1 并联两个场效应晶体管的一般电路,以展示器件与器件之间的寄生电感的位置
为了克服这种设计上的矛盾,设计工程师必须理解上述每个寄生元件的影响并确定:1)可容忍水平;及2)还能采取什么措施可以减轻这些元件所引起的问题?最终的设计是怎样使栅极驱动电路与电源电路隔离。
详细的分析和仿真结果表明:
1. 源极电感和器件与器件之间的源极电感是电路中最重要的元素,必须尽量减到最小,这个可以牺牲漏极电感来实现；
2. 栅极电感本来就是比源极电感大,两者的比数很难小于10:1。这是因为栅极驱动传输线长而窄的缘故。源极电感耦合点的重要功能就是减低源极电感对栅极电路的影响；
3. 我们可以预设栅极驱动器的输出和输入阻抗,以降低dv/dt的方式,实现开关的全瞬时抗扰性能,但这样却会牺牲效率为代价;及
4. 包含栅极电感的完整解决方案,将形成具有正弦项和指数项的三阶系统,这要求数字分析才能得到解决方案。
源极电感
图1提供几个基于版图的寄生电感,包括：
1. LCSG1及LCSG2: 每一个场效应晶体管的共源电感
2. LSG1及LSG2: 在栅极电路中场效应晶体管之间的共源电感
3. LCSP1及LCSP2: 每一个场效应晶体管器件与器件之间的共源电感
LCSGx电感
这个电感在功率及栅极电路出现,是版图电路中最严重的电感,所以必需利用任何方法把它减至最小。
LCSGx电感
这个电感常见于开关栅极电路的所有场效应晶体管。由于这个电感与电路隔离,相对于 LCSGx,它的影响没有那么严重。但我们还是需要把它减至最小,通过最短的栅极驱动传送路径来实现。
LCSPx电感
这个电感出现在开关功率参考电路(接地或在半桥拓朴的开关节点)。这个电感可在场效应晶体管之间产生最高电压,因为主要电流会经由这些电感器流过。虽然如此,如果我们细心计划版图,并小心挑选合点,每一个电感器可以具相同值。
由于电流通常经过这些电感器流向同一个方向,所引致的电压对每一个场效应晶体管来说将会是相同的,从而减低电源(漏极)对栅极电路的影响。要使这个系统运行顺畅,我们需要考虑所有场效应晶体管需要同时开关,以维持电感器之间的电流得到平衡分配。任何变化将引致栅极电路电压出现,影响开关性能。