與專用的GaN驅動器相比，使用標準的柵極驅動器來驅動GaN器件需要增加一個負電壓電源，以安全地開啟和關閉該器件。（圖片：英飛凌科技公司）
“只有使用GaN驅動器，您才需要提供正負電壓，這就是為什么我們希望客戶使用專用驅動器的原因，” Yee說。他推薦英飛凌的1EDF56x3系列GaN柵極驅動器。

并非所有的SiC器件都是相同的

大多數WBG器件不是Si MOSFET或Si晶體管的直接替代品。級聯類型的設備是一個例外，它幾乎不需要或不需要額外的工程工作。但是，設計人員失去了WBG半導體的某些優勢。
一個例子是UnitedSiC的SiC產品，這些產品全部封裝在與硅兼容的封裝中。這意味著這些器件可以從字面上將它們放入先前使用的IGBT或Si超結MOSFET的插座中。
Bhalla表示，其產品的獨特之處之一是，它生產的工作原理類似于MOSFET的基于共源共柵的器件。這些SiC FET包括與cascode優化的Si MOSFET共同封裝的SiC快速JET，以提供封裝在標準通孔和表面貼裝封裝中的標準柵極驅動SiC器件。他說：“我們的共源共柵型器件是字面上的插件，除了柵極電阻變化以外，沒有任何其他變化。”
另外，這些設備不需要特殊的驅動程序。Bhalla說，它們與所有主要供應商（包括用于SiC MOSFET和“老式” IGBT的較舊供應商）在市場上已有十年之久的標準硅柵極驅動器IC兼容。
他補充說，在過去的兩年中，已經開發出許多專門針對SiC的良好柵極驅動器。“它們更昂貴，但是人們已經開始使用它們，我們的設備也與那些更好的驅動程序兼容。”
但是存在一些缺點，包括無法從WBG設備中獲得最高性能。Bhalla說：“我們正在出售這些封裝中具有很大電感的超快器件。”“當您通過這些封裝在電路中施加高壓擺率（di / dt）時，只會加劇所有快速開關的問題-更大的過沖，更大的振蕩等。”
Bhalla表示，向更好的包裝過渡的工作正在進行中。“這是現實：人們正在使用SiC的部分好處，并且在其最終系統中仍能以便宜又臟的方式獲得一些好處。
他說：“世界上仍有很大一部分仍在硅中，因此對于他們從硅向碳化硅的轉變，我們提供了非常好的墊腳石。”
Bhalla認為，到明年，將會有很多頂側冷卻的表面貼裝封裝，甚至是表面貼裝型模塊，它們會將整個半橋集成到一個封裝中。他說：“這是必須做的，因為沒有它，用戶將無法從中獲得所有收益，也無法邁向新的高度。”
例如，UnitedSiC最近推出了采用TO-247封裝的7mΩRDS（ON），650V器件。（較低的RDS（ON）可以實現更高的效率。）該公司最接近的競爭對手的ON電阻高3倍，但是UnitedSiC遇到的一個問題是封裝引線實際上比芯片更熱。“因此，我們采用了200A的設備并將其降額為120A，因為在實踐中使用該設備時，我們發現引線比芯片本身更熱，” Bhalla說。
通過在熟悉的TO-247封裝中結合使用第三代SiC JFET和經共源共柵優化的Si MOSFET，UnitedSiC推出了第一款SiC FET，RDS（on）小于10mΩ，具有更高的效率和更低的損耗。與Si IGBT的柵極電壓相同。

氮化鎵的優點

從消費電子到汽車的各個領域的OEM設計師都有一些共同的設計要求：他們想要更高的功率密度和更小的電子產品。
Spaziani說，在較高的頻率下，電源系統中的幾乎所有組件（電容器，電感器，變壓器等）都可以變小，并且由于GaN效率很高且產生的熱量很少，因此不需要任何散熱器，因此設計人員僅需卸下散熱器即可節省空間和成本?；蛘咚鼈兛赡鼙３窒嗤念l率以獲得更高的效率。他說，通常，即使效率提高了百分之一，也足以使服務器電源領域的客戶從鉑金級變為鈦級（效率為96％）。
Spaziani說，這與工程師通常所做的沒什么不同。無論是使用硅還是其他技術，他們通常都必須優化其電路板，但是柵極驅動有所不同。使用GaN和SiC，柵極驅動行為不同于硅MOSFET和硅IGBT，因此工程師必須首先問的一件事是：“我如何驅動柵極？”
在過去的30年中，MOSFET基本已成為0至12V的柵極驅動電路，而GaN則為–3至6 V或0至10 V或0至5V。Spaziani說，它們都有些不同。“但是好消息是GaN Systems現在已經走了六年的路程，而且我們有大約十二家主要的半導體公司已經創建了驅動GaN的驅動器，所以現在，這只是一個簡單的應用決策。”
GaN Systems還提供了一種稱為EZDrive的電路，從而消除了對分立驅動器的需求。它將具有大約六個組件的12V MOSFET驅動器轉換為6V GaN驅動器。Spaziani說：“它確實很便宜，并且適配器設計人員喜歡這種電路。”“它易于使用，不耗電且體積小，而且他們不必具有定制的柵極驅動器。”

揭穿GaN神話芯片顯示，基于硅（Si）的半導體比寬帶隙（WBG）半導體具有十多年的領先優勢，主要是碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）占有約90％至98％的市場份額。WBG半導體雖然還不是成熟的技術，但由于其優于硅的性能優勢（包括更高的效率，更高的功率密度，更小的尺寸和更少的冷卻），正在跨行業進軍。
使用基于SiC或GaN的功率半導體來獲得最佳設計需要更多的專業知識和仔細考慮的幾個方面，包括開關拓撲，電磁干擾（EMI），布局，并聯和柵極驅動器的選擇，解決可靠性和成本問題也很重要。

GaN供應商認為，關于GaN技術仍然存在一些神話，它們都是錯誤的或半實的。問題包括EMI，并聯，雪崩能力，可靠性和成本。
GaN器件的EMI更為嚴重。GaN提供了出色的開關沿，可實現更高的效率和更高的頻率，但這并不意味著EMI會更糟。實際上，供應商說它通常比具有良好布局的硅要好，并且可以使EMI濾波器更小，從而降低了成本。
并行化是一個常見的問題。神話是GaN僅在低功率和高頻率下才有優勢。例如，GaN Systems的客戶以20 kHz到20 MHz的頻率進行切換，而高功率的客戶則是并聯設備。GaN晶體管可以很好地并聯。只需確保每個晶體管承載大約相同的電流量即可。例如，如果要并聯兩個設備，并且一個晶體管承載70％的電流，它將損耗得更快，電路將很快失效。注意：來自不同SiC和GaN供應商的設備在并行方面略有不同。
沒有雪崩能力。MOSFET進入雪崩模式以鉗制電壓尖峰，以保護電路的其余部分免受故障影響。GaN器件制造商解決此問題的方法是在電壓額定值中設計很多余量。例如，GaN Systems的650V額定器件只有在超過1000 V時才會發生故障。
可靠性和成本不等于硅?？煽啃酝ㄟ^時間故障（FIT）來衡量。硅已經存在了數十年，并且已被大多數供應商證明是可靠的。但是，WBG半導體并非如此。像任何新技術一樣，可靠性風險也會增加，成本也會更高。在WBG器件和硅器件之間進行艱難的比較，僅僅是因為硅芯片的可靠性已得到充分證明，而且多年來的大量生產已降低了成本。
但是一些WBG供應商（例如GaN Systems）表示，可靠性[FIT]與硅相當，在過去五年中價格差距明顯縮小，價格從3倍降到5倍，再降到1.5倍到2倍。

GaN Systems的器件的FIT率<0.1。圖片：GaN Systems）