GaN-HEMT- & Si-MOSFET-Treiber Wählbare Treiberstärke ohne externe Widerstände

Von Gerd Kucera

Für ein schnelles Schalten mit z.B. GaN-Devices bei niedrigen Verlusten ist die Gate-Treiberstärke von besonderer Bedeutung. Deshalb hat dieser 200-V-Einkanal-Gate-Treiber wählbare Treiberstärken und verzichtet auf externe Gate-Widerstände. Er ist für GaN-SG-HEMTs und Si-MOSFET optimiert.

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Um die Performance von z.B. CoolGaN-SG-HEMTS zu erhöhen, hat der EiceDRIVER wählbare Treiberstärken zur Optimierung von Signalform und Schaltgeschwindigkeit ohne Gate-Widerstände.
Um die Performance von z.B. CoolGaN-SG-HEMTS zu erhöhen, hat der EiceDRIVER wählbare Treiberstärken zur Optimierung von Signalform und Schaltgeschwindigkeit ohne Gate-Widerstände.
(Bild: Infineon)

Für leistungselektronische Systeme in Bereich Mittelspannung ist ein robuster Betrieb mit Galliumnitrid-Schaltern ebenso von zentraler Bedeutung wie ein möglichst geringer Schaltungsaufwand. Aus dieser Sicht hat Infineon den neuen Einkanal-Gate-Treiber für 200 V mit der Bezeichnung EiceDRIVER 1EDN71x6G HS entwickelt.

Diese Produktfamilie wurde strategisch am GaN-Produktportfolio ausgerichtet, betont Infineon, um die Leistung der eigenen Schottky Gate HEMTs (SG-HEMT) in der Systemanwendung zu verbessern. Die Baustein-Familie sei dennoch mit anderen GaN-HEMTs und Silizium-MOSFETs kompatibel. Die neu entwickelten Gate-Treiber sind für einen weiten Einsatz vorgesehen, dazu gehören DC/DC-Wandler, Motorantriebe, Telekommunikation, Server, Roboter, Drohnen, Akku-Werkzeuge und Audioverstärker der Klasse D.

Die Varianten der GaN-Treiber

Die einzelnen 1EDN71x6G-Varianten haben eine wählbare Pull-up- und Pull-down-Treiberstärke, um eine Optimierung der Signalform und der Schaltgeschwindigkeit ohne Gate-Widerstände zu ermöglichen. Dadurch sind kleinere Layouts der Leistungsstufen möglich, die Stückliste der Komponenten wird reduziert.

Die Variante mit der stärksten/schnellsten Ansteuerung ist nach Herstellerangaben der Treiber 1EDN7116G, der für Halbbrücken-Konfigurationen mit umfangreicher Parallelschaltung einsetzbar ist. Demgegenüber steht die schwächste/langsamste Ansteuerungsvariante als Treiber 1EDN7146G, der sich für bestimmte dv/dt-begrenzte Anwendungen wie Motorantriebe oder für sehr kleine GaN-HEMTs (hoher RDS(on), niedriger Qg) anbietet. Jede der Varianten zeichnet sich durch unterschiedliche Abschaltzeiten aus, die proportional zur empfohlenen minimalen Totzeit, zur minimalen Impulsbreite und zur Ausbreitungsverzögerung sind.

Der differenzielle Logikeingang eliminiert das Risiko einer falschen Triggerung aufgrund von Ground Bounce in Low-Side-Anwendungen. Damit ist der Treiber 1EDN71x6G aber auch für High-Side-Anwendungen geeignet. Weiterhin besitzen alle Treiber-Varianten eine aktive Miller-Klemmung mit einem laut Infineon außergewöhnlich starken Pull-down, um ein induziertes Einschalten zu vermeiden. Auf diese Weise wird eine zusätzliche Robustheit gegen Glitching in der Gate-Treiberschleife erreicht, insbesondere bei der Ansteuerung von Transistoren mit einem hohen Miller-Verhältnis.

Außerdem besitzt der Treiber-Baustein 1EDN71x6G ein aktives Bootstrap-Clamping, um ein Überladen des Bootstrap-Kondensators während der Totzeit zu vermeiden. Damit wird eine Regelung der Bootstrap-Versorgungsspannung erreicht, die das Gate des High-Side-Transistors schützt, ohne jedoch eine zusätzliche Regelungsschaltung zu erfordern. Bei Bedarf bietet eine optionale programmierbare Ladungspumpe mit einstellbarer negativer Abschaltspannung zusätzliche Immunität gegen Miller-induziertes Einschalten, beispielsweise wenn das PCB-Layout nicht vollständig optimiert werden kann.

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