分立氮化鎵 (GaN) FET 的興起增加了對更用戶友好界面的需求，同時也提高了效率。半橋 GaN 功率級（例如LMG5200）具有用于高低 GaN FET 的單獨驅(qū)動輸入。兩個輸入（圖 1 中的引腳 4 和 5）使我們能夠優(yōu)化效率，因為我們可以調(diào)整每個 FET 開啟和關(guān)閉的確切點。

LMG5200器件是一個80-V、10-A驅(qū)動器加上氮化鎵半橋功率級，提供了一種使用增強型氮化鎵（氮化鎵）場效應(yīng)晶體管的集成功率級解決方案。該器件由兩個80伏氮化鎵場效應(yīng)管組成，由一個半橋結(jié)構(gòu)的高頻氮化鎵場效應(yīng)管驅(qū)動器驅(qū)動。
氮化鎵場效應(yīng)晶體管具有接近零的反向恢復(fù)和非常小的輸入電容C-ISS，為功率轉(zhuǎn)換提供了顯著的優(yōu)勢。所有器件均安裝在完全無引線的封裝平臺上，封裝寄生元件最小化。LMG5200器件采用6mm×8mm×2mm無鉛封裝，可輕松安裝在PCB上。
TTL邏輯兼容輸入可承受高達12 V的輸入電壓，無論VCC電壓如何。專有的自舉電壓箝位技術(shù)確保增強型氮化鎵FET的柵極電壓在安全工作范圍內(nèi)。

圖 1：LMG5200 GaN 半橋功率級圖

但是這個選項也伴隨著責任。為了防止在 FET 之間切換期間發(fā)生擊穿，我們必須在一個 FET 的關(guān)閉和另一個 FET 的開啟之間提供一個死區(qū)時間。

這就是為什么我們不應(yīng)該只使用脈寬調(diào)制 (PWM) 信號及其反信號來驅(qū)動高低輸入，因為我們必須在一個輸入的下降沿和另一個輸入的上升沿之間產(chǎn)生等待時間（圖 2）。

圖 2：具有死區(qū)時間延遲的反相驅(qū)動器輸入信號

LMG5200 GaN 半橋功率級的評估板使用經(jīng)典的延時電路來產(chǎn)生這種微小的延遲。標志性書籍“電子藝術(shù)”的粉絲們會認為該設(shè)置是第一章中的實際示例之一。雖然書中給出的示例會在方波的兩個邊緣產(chǎn)生延遲，但 TI 設(shè)計人員對電路板進行了調(diào)整，使其僅在上升沿插入延遲。這正是我們需要的行為。

死區(qū)時間發(fā)生器原理圖

用戶指南記錄了評估板的完整原理圖。圖 3 顯示了產(chǎn)生具有死區(qū)時間的高驅(qū)動信號和低驅(qū)動信號的模塊。 

圖 3：死區(qū)時間發(fā)生器原理圖

如果我們抽象出二極管、電阻器和電容器，電路會從 PWM 輸入生成同相和反相信號?？倳邪霕虻囊粋?cè)打開而一側(cè)關(guān)閉。無源元件會為我們產(chǎn)生死區(qū)時間，所以讓我們更深入地研究一下這部分。

“電子藝術(shù)”

在“電子藝術(shù)”的第 1 章中，作者介紹了一個延時電路。它使用一個 RC 電路 - 兩側(cè)是兩個互補金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS) 緩沖器 - 將短延遲粘合到 PWM 信號的兩側(cè)（圖 4）。

圖 4：《電子藝術(shù)》中的延時電路與 TI 非對稱延時發(fā)生器的比較

在 TI 的參考設(shè)計中，與電阻并聯(lián)的快速開關(guān)肖特基二極管在其中一個邊沿期間繞過 RC 延遲。

具有死區(qū)時間的高低信號

讓我們按照評估板原理圖的 HI 信號路徑（圖 3 中的 D4、R2 和 C35）。二極管 D4 在輸入 A 的下降沿繞過 R2（圖 3 和圖 5 中的信號 1）。在第一個反相器（信號 6）的輸出端，該輸入信號的下降沿變?yōu)樯仙?。二極管導(dǎo)通，RC 電路的 R 分量幾乎為 0。RC 常數(shù)也幾乎為 0。因此，該電路實際上沒有給該邊沿增加延遲（信號 7）。在第二個反相器之后，它再次變?yōu)橄陆笛兀ㄐ盘?8 和 10）。

圖 5：從簡單輸入到帶死區(qū)時間的反相輸出的信號轉(zhuǎn)換

當輸入信號上升時（再次在信號 1 處），反相器后的信號變?yōu)橄陆笛兀ㄐ盘?6）。二極管 D4 阻止并單獨留下 R2。你得到一個真正的 47Ω 和 100pF 的 RC 電路。這會將邊緣變成斜坡（信號 7）。第二個逆變器的施密特觸發(fā)器前端將確保輸出信號以可預(yù)測的電壓（和可預(yù)測的時間）翻轉(zhuǎn)。因此結(jié)果是輸出（信號 8 和 10）的上升沿將滯后于輸入信號。這就是我所追求的效果。

LO 信號路徑的作用完全相同。該路徑輸入端的附加反相器可確保雙方都能看到并處理相反的信號：一個用于驅(qū)動高端 FET，一個用于驅(qū)動低端 FET。結(jié)果，我們將獲得兩個相關(guān)信號，如圖 2 所示。一個信號僅在另一個關(guān)閉后才變?yōu)楦唠娖剑⑶以谠撍绤^(qū)時間過去之后，這是我們的最終目標。

圖 6 顯示了LMG5200在兩個轉(zhuǎn)換時的兩個輸入的捕獲。

圖 6：捕獲兩個驅(qū)動器信號的 HI-LO 和 LO-HI 轉(zhuǎn)換。

我們可以根據(jù)需要改變輸入信號的占空比和頻率。死區(qū)時間將保持不變。

通過使用經(jīng)典的延時電路，我們可以使用簡單的 PWM 信號安全地驅(qū)動 GaN 半橋功率級，并以可變占空比控制其輸出。我們在開關(guān)應(yīng)用程序中產(chǎn)生死區(qū)時間的方法是什么？